Hoofdstuk 20: Cellulaire
gemeenschappen: Weefsels,
stamcellen en kanker
Inhoudsopgave
Centrale vraagstelling H20:............................................................................................................................ 3
20.1. De extracellulaire matrix en bindweefsels............................................................................................. 3
20.1.1. Dierlijke bindweefselvarianten bestaan grotendeels uit extracellulaire matrix......................................3
20.1.1.1. De vier belangrijke soorten weefsels bij dieren...............................................................................4
20.1.1.2. Dierlijke bindweefselvarianten bestaan grotendeels uit extracellulaire matrix..............................4
20.1.2. Collageenvezels georganizeerd in bundels bieden treksterkte................................................................5
20.1.2.1. Fibroblasten produceren extracellulaire matrix en collageenvezels...............................................6
20.1.2.2. Enkele eigenschappen van collageen...............................................................................................6
20.1.2.3. Collageen wordt door de fibroblasten als een precursor gesecreteerd (procollageen) en nadien
extracellulair omgezet in collageen door procollageen peptidase.................................................................7
20.1.3. Cellen organizeren het collageen dat wordt gesecreteerd......................................................................7
20.1.4. Integrines verbinden de matrix buiten een cel met het cytoskelet binnen de cel....................................8
20.1.4.1. Een integrinemolecule schakelt naar een actieve toestand als 1 molecule bindt aan één uiteinde
.........................................................................................................................................................................8
20.1.5. Gels van polysaccharide en eiwitten vullen de extracellulaire ruimte en bieden weerstand tegen
compressie............................................................................................................................................................9
20.1.5.1. Hyaluronan (= hyaluronzuur) is een eenvoudig GAG.....................................................................10
20.1.5.2. Glycosaminoglycanen: polymeren van disacchariden...................................................................10
20.1.5.3. Een proteoglycaanaggregaat uit kraakbeen...................................................................................10
20.1.5.4. Enkele eigenschappen van proteoglycanen...................................................................................11
20.2. Epithelen en cel-cel juncties................................................................................................................. 11
20.2.1. Een epitheel vertoont een polarizatie en rust op een basale lamina.....................................................11
20.2.1.1. Een epitheel vertoont een polarizatie............................................................................................12
20.2.1.2. Darmepitheelcellen........................................................................................................................12
20.2.1.3. Verschillende soorten cel-cel juncties in dierlijke epithelen..........................................................13
20.2.2. Dichte juncties vormen barrières voor water en opgeloste stoffen.......................................................13
20.2.3. Cytoskelet-gelinkte juncties binden epitheelcellen aan elkaar en aan de basale lamina......................14
20.2.3.1. Adherens juncties vormen een adhesiegordel rond darmepitheelcellen......................................15
20.2.3.2. Contractie van adhesieriem tijdens embryonale ontwikkeling......................................................16
20.2.3.3. Desmosomen en keratinefilamenten.............................................................................................16
20.2.3.4. Hemidesmosomen verankeren de keratinefilamenten aan de basale lamina..............................17
20.2.4. Gap juncties zorgen voor een directe communicatie tussen cellen.......................................................17
20.3. Weefselintegriteit en vernieuwing: stamcellen....................................................................................18
20.3.1. Weefsels zijn opgebouwd uit een groot aantal celtypes.......................................................................18
20.3.1.1. Hoe weet een cel tot welk type het moet differentiëren?.............................................................19
20.3.1.2. Drie sleutelfactoren houden cellulaire organizatie in weefsels in stand.......................................20
1
, 20.3.2. Weefselspecifieke stamcellen genereren een voortdurende aanvoer van terminal gedifferentieerde
cellen..................................................................................................................................................................21
20.3.2.1. Celvernieuwing in epidermale keratinocyten................................................................................21
20.3.2.2. Alle verschillende soorten bloedcellen zijn afgeleid van één soort stamcellen in het beenmerg.22
20.3.2.3. Voortdurende vernieuwing van het darmepitheel........................................................................22
20.3.3. Specifieke signalen onderhouden de stamcel populaties......................................................................23
20.3.4. Embryonale stamcellen (ESC) kunnen gebruikt worden om beschadigd weefsel te herstellen.............24
20.3.4.1. ESC voor de productie van een orgaan..........................................................................................25
20.3.5. Via therapeutisch klonen kunnen gepersonaliseerde ESC gegenereerd worden...................................25
20.3.5.1. Verschil tussen reproductief vs therapeutisch klonen...................................................................26
20.3.5.2. Reproductief klonen.......................................................................................................................26
20.3.5.3. Therapeutisch klonen mogelijkheid 1: kerntransplantatie = somatische cel nuclaire transfer.....27
20.3.5.4. Therapeutisch klonen mogelijkheid 1: kerntransplantatie in eicellen...........................................28
20.3.5.5. Therapeutisch klonen mogelijkheid 2: Induced pluripotent stem cells (iPSC)...............................28
20.3.5.6. Somatic cell nuclear transfer (personalized ESC) vs. induced pluripotent stem cells (iPSC).........29
20.3.5.7. Limitaties van de iPSC transcriptiefactor benadering....................................................................30
20.3.5.8. Toepassing van iPSC in het laboratorium.......................................................................................30
20.3.5.9. Onbeperkt bloed.............................................................................................................................30
20.3.5.10. Eerste synthetische hamburger en “cultured meat”...................................................................30
20.3.5.11. Regeneratieve Geneeskunde........................................................................................................30
20.4. Kanker................................................................................................................................................. 31
20.4.1. Kankercellen vermeerderen, breken door en verspreiden zich door metastase....................................31
20.4.1.1. Kanker vs. tumor.............................................................................................................................31
20.4.2. Epidemiologie helpt vermijdbare oorzaken van kanker op te sporen....................................................32
20.4.3. Kankers ontwikkelen door accumulatie van DNA mutaties...................................................................32
20.4.3.1. Noodzakelijke celvernieuwing heeft een prijs: kanker...................................................................32
20.4.3.2. Kankercellen hebben vaak abnormale chromosomen wat wijst op genetische instabiliteit
(onstabiel karyotype).....................................................................................................................................33
20.4.4. Meerdere verschillende mutaties zijn vereist voor kanker: kankercellen verwerven een competitief
voordeel..............................................................................................................................................................33
20.4.5. Diverse gen-types spelen een rol in kanker............................................................................................34
20.4.5.1. Een proto-oncogen kan op verschillende manieren omgezet worden in een oncogen................35
20.4.5.2. Burkitt’s lymfoom is een gevolg vanchromosoom translocatie.....................................................36
20.4.5.3. Het inactiveren van een tumor suppressor kan leiden tot kanker.................................................36
20.4.5.4. Het borstkankergen BRCA1............................................................................................................37
20.4.5.5. Gevoelige plaatsen voor mutaties (hot spots) die tot kanker kunnen leiden................................37
20.4.6. Colorectale kanker begint vaak met het verlies van tumorsuppressor APC (adenomateuse polyposis
coli).....................................................................................................................................................................38
20.4.7. Een ganse reeks opeenvolgende mutaties zijn vereist vooraleer kanker ontstaat................................39
20.4.7.1. Een tumor wordt meestal pas ontdekt als hij honderden miljoenen cellen bevat (diameter = 1
cm).................................................................................................................................................................39
H20: Weefsels, stamcellen, kanker & kine.................................................................................................... 40
H20: Belangrijke concepten.......................................................................................................................... 40
H20: Belangrijke begrippen.......................................................................................................................... 40
2
,Centrale vraagstelling H20:
• Hoe kunnen kleine en niet-vormvaste cellen een sterke multicellulaire structuur
vormen?
• Hoe worden cellen samengehouden en in gestructureerde weefsels georganiseerd?
• Hoe weet een cel welk type het moet worden?
• Hoe gebeurt weefselhernieuwing/herstel? Afhankelijk van de directe omgeving
• Hoe ontstaat kanker en waarom komt dit frequent voor op oudere leeftijd?
• Wat zijn stamcellen en welke zijn hun toepassingen?
20.1. De extracellulaire matrix en bindweefsels
20.1.1. Dierlijke bindweefselvarianten bestaan grotendeels uit
extracellulaire matrix
Cellen in meercellige organismen werken samen in weefsels
Histologie = weefselleer
Celcontacten met extracellulaire matrix
- Houdt cellen samen
- Biedt sterkte, steun en beweeglijkheid
Ook directe cel-cel contacten Elke cel heeft eigen cytoskelet + verbindende eiwitten
- Celjuncties dragen krachten over van het cytoskelet
- Van één cel naar de volgende of naar de extracellulaire matrix
Als je kijkt naar een weefsel, kom je verschillende celtypes tegen in lagen:
1) Epitheelcellaag
2) Bindweefsellaag met fibroblasen = Zwemmen in een laag van bindweefsel ( = zone
waar veel extracellulair materiaal wordt opgestapeld)
3) Gladde spiercellen = contractie van de darm
4) Bindweefsellaag
5) Epitheellaag
3
, Epitheelcellen vervullen een barrière/compartimentfunctie.
Je hebt stamcellen nodig die differentieren, zodat ze structuren gaan vormen.
20.1.1.1. De vier belangrijke soorten weefsels bij dieren
1. Bindweefsels
2. Epitheelweefsels
3. Zenuwweefsels (H12)
4. Spierweefsels (H17)
Bindweefsels bezitten een goed ontwikkelde extracellulaire matrix:
• Taai en buigzaam: pees
• Hard en dens: bot
• Meegevend en elastisch: kraakbeen
• Zacht en transparant: gelstructuur in het oog
Elk bepaald celtype is verantwoordelijk voor het neerzetten van materiaal in de
extracellulaire matrix en zo de eigenschappen bepalen ervan. De populairste is collageen.
Bindweefsel = Een stuk weefsel met heel veel extracellulaire matrix. Cellen in de omgeving
gaan zich vasthechten op de extracellulaire matrix, het wordt neergeezt door fibroblasten.
De eigenschappen van de extracellulaire matrix hangen af van
- Het type en hoeveelheid collageen
- Andere moleculen die tussen collageen zijn geweven
20.1.1.2. Dierlijke bindweefselvarianten bestaan grotendeels uit
extracellulaire matrix
= Grondsubstantie + vezels
BOTdoorsnede Je vind cellen terug (zwarte puntjes).
Systeem van Havers:
- Osteoblasten = Cellen die een mineraliserend enzym bevatten om extracellulaire matrix van
botten aan te maken
- Osteocyten = Osteoblasten die vast komen te zitten in hun extracellulaire matrix
4
gemeenschappen: Weefsels,
stamcellen en kanker
Inhoudsopgave
Centrale vraagstelling H20:............................................................................................................................ 3
20.1. De extracellulaire matrix en bindweefsels............................................................................................. 3
20.1.1. Dierlijke bindweefselvarianten bestaan grotendeels uit extracellulaire matrix......................................3
20.1.1.1. De vier belangrijke soorten weefsels bij dieren...............................................................................4
20.1.1.2. Dierlijke bindweefselvarianten bestaan grotendeels uit extracellulaire matrix..............................4
20.1.2. Collageenvezels georganizeerd in bundels bieden treksterkte................................................................5
20.1.2.1. Fibroblasten produceren extracellulaire matrix en collageenvezels...............................................6
20.1.2.2. Enkele eigenschappen van collageen...............................................................................................6
20.1.2.3. Collageen wordt door de fibroblasten als een precursor gesecreteerd (procollageen) en nadien
extracellulair omgezet in collageen door procollageen peptidase.................................................................7
20.1.3. Cellen organizeren het collageen dat wordt gesecreteerd......................................................................7
20.1.4. Integrines verbinden de matrix buiten een cel met het cytoskelet binnen de cel....................................8
20.1.4.1. Een integrinemolecule schakelt naar een actieve toestand als 1 molecule bindt aan één uiteinde
.........................................................................................................................................................................8
20.1.5. Gels van polysaccharide en eiwitten vullen de extracellulaire ruimte en bieden weerstand tegen
compressie............................................................................................................................................................9
20.1.5.1. Hyaluronan (= hyaluronzuur) is een eenvoudig GAG.....................................................................10
20.1.5.2. Glycosaminoglycanen: polymeren van disacchariden...................................................................10
20.1.5.3. Een proteoglycaanaggregaat uit kraakbeen...................................................................................10
20.1.5.4. Enkele eigenschappen van proteoglycanen...................................................................................11
20.2. Epithelen en cel-cel juncties................................................................................................................. 11
20.2.1. Een epitheel vertoont een polarizatie en rust op een basale lamina.....................................................11
20.2.1.1. Een epitheel vertoont een polarizatie............................................................................................12
20.2.1.2. Darmepitheelcellen........................................................................................................................12
20.2.1.3. Verschillende soorten cel-cel juncties in dierlijke epithelen..........................................................13
20.2.2. Dichte juncties vormen barrières voor water en opgeloste stoffen.......................................................13
20.2.3. Cytoskelet-gelinkte juncties binden epitheelcellen aan elkaar en aan de basale lamina......................14
20.2.3.1. Adherens juncties vormen een adhesiegordel rond darmepitheelcellen......................................15
20.2.3.2. Contractie van adhesieriem tijdens embryonale ontwikkeling......................................................16
20.2.3.3. Desmosomen en keratinefilamenten.............................................................................................16
20.2.3.4. Hemidesmosomen verankeren de keratinefilamenten aan de basale lamina..............................17
20.2.4. Gap juncties zorgen voor een directe communicatie tussen cellen.......................................................17
20.3. Weefselintegriteit en vernieuwing: stamcellen....................................................................................18
20.3.1. Weefsels zijn opgebouwd uit een groot aantal celtypes.......................................................................18
20.3.1.1. Hoe weet een cel tot welk type het moet differentiëren?.............................................................19
20.3.1.2. Drie sleutelfactoren houden cellulaire organizatie in weefsels in stand.......................................20
1
, 20.3.2. Weefselspecifieke stamcellen genereren een voortdurende aanvoer van terminal gedifferentieerde
cellen..................................................................................................................................................................21
20.3.2.1. Celvernieuwing in epidermale keratinocyten................................................................................21
20.3.2.2. Alle verschillende soorten bloedcellen zijn afgeleid van één soort stamcellen in het beenmerg.22
20.3.2.3. Voortdurende vernieuwing van het darmepitheel........................................................................22
20.3.3. Specifieke signalen onderhouden de stamcel populaties......................................................................23
20.3.4. Embryonale stamcellen (ESC) kunnen gebruikt worden om beschadigd weefsel te herstellen.............24
20.3.4.1. ESC voor de productie van een orgaan..........................................................................................25
20.3.5. Via therapeutisch klonen kunnen gepersonaliseerde ESC gegenereerd worden...................................25
20.3.5.1. Verschil tussen reproductief vs therapeutisch klonen...................................................................26
20.3.5.2. Reproductief klonen.......................................................................................................................26
20.3.5.3. Therapeutisch klonen mogelijkheid 1: kerntransplantatie = somatische cel nuclaire transfer.....27
20.3.5.4. Therapeutisch klonen mogelijkheid 1: kerntransplantatie in eicellen...........................................28
20.3.5.5. Therapeutisch klonen mogelijkheid 2: Induced pluripotent stem cells (iPSC)...............................28
20.3.5.6. Somatic cell nuclear transfer (personalized ESC) vs. induced pluripotent stem cells (iPSC).........29
20.3.5.7. Limitaties van de iPSC transcriptiefactor benadering....................................................................30
20.3.5.8. Toepassing van iPSC in het laboratorium.......................................................................................30
20.3.5.9. Onbeperkt bloed.............................................................................................................................30
20.3.5.10. Eerste synthetische hamburger en “cultured meat”...................................................................30
20.3.5.11. Regeneratieve Geneeskunde........................................................................................................30
20.4. Kanker................................................................................................................................................. 31
20.4.1. Kankercellen vermeerderen, breken door en verspreiden zich door metastase....................................31
20.4.1.1. Kanker vs. tumor.............................................................................................................................31
20.4.2. Epidemiologie helpt vermijdbare oorzaken van kanker op te sporen....................................................32
20.4.3. Kankers ontwikkelen door accumulatie van DNA mutaties...................................................................32
20.4.3.1. Noodzakelijke celvernieuwing heeft een prijs: kanker...................................................................32
20.4.3.2. Kankercellen hebben vaak abnormale chromosomen wat wijst op genetische instabiliteit
(onstabiel karyotype).....................................................................................................................................33
20.4.4. Meerdere verschillende mutaties zijn vereist voor kanker: kankercellen verwerven een competitief
voordeel..............................................................................................................................................................33
20.4.5. Diverse gen-types spelen een rol in kanker............................................................................................34
20.4.5.1. Een proto-oncogen kan op verschillende manieren omgezet worden in een oncogen................35
20.4.5.2. Burkitt’s lymfoom is een gevolg vanchromosoom translocatie.....................................................36
20.4.5.3. Het inactiveren van een tumor suppressor kan leiden tot kanker.................................................36
20.4.5.4. Het borstkankergen BRCA1............................................................................................................37
20.4.5.5. Gevoelige plaatsen voor mutaties (hot spots) die tot kanker kunnen leiden................................37
20.4.6. Colorectale kanker begint vaak met het verlies van tumorsuppressor APC (adenomateuse polyposis
coli).....................................................................................................................................................................38
20.4.7. Een ganse reeks opeenvolgende mutaties zijn vereist vooraleer kanker ontstaat................................39
20.4.7.1. Een tumor wordt meestal pas ontdekt als hij honderden miljoenen cellen bevat (diameter = 1
cm).................................................................................................................................................................39
H20: Weefsels, stamcellen, kanker & kine.................................................................................................... 40
H20: Belangrijke concepten.......................................................................................................................... 40
H20: Belangrijke begrippen.......................................................................................................................... 40
2
,Centrale vraagstelling H20:
• Hoe kunnen kleine en niet-vormvaste cellen een sterke multicellulaire structuur
vormen?
• Hoe worden cellen samengehouden en in gestructureerde weefsels georganiseerd?
• Hoe weet een cel welk type het moet worden?
• Hoe gebeurt weefselhernieuwing/herstel? Afhankelijk van de directe omgeving
• Hoe ontstaat kanker en waarom komt dit frequent voor op oudere leeftijd?
• Wat zijn stamcellen en welke zijn hun toepassingen?
20.1. De extracellulaire matrix en bindweefsels
20.1.1. Dierlijke bindweefselvarianten bestaan grotendeels uit
extracellulaire matrix
Cellen in meercellige organismen werken samen in weefsels
Histologie = weefselleer
Celcontacten met extracellulaire matrix
- Houdt cellen samen
- Biedt sterkte, steun en beweeglijkheid
Ook directe cel-cel contacten Elke cel heeft eigen cytoskelet + verbindende eiwitten
- Celjuncties dragen krachten over van het cytoskelet
- Van één cel naar de volgende of naar de extracellulaire matrix
Als je kijkt naar een weefsel, kom je verschillende celtypes tegen in lagen:
1) Epitheelcellaag
2) Bindweefsellaag met fibroblasen = Zwemmen in een laag van bindweefsel ( = zone
waar veel extracellulair materiaal wordt opgestapeld)
3) Gladde spiercellen = contractie van de darm
4) Bindweefsellaag
5) Epitheellaag
3
, Epitheelcellen vervullen een barrière/compartimentfunctie.
Je hebt stamcellen nodig die differentieren, zodat ze structuren gaan vormen.
20.1.1.1. De vier belangrijke soorten weefsels bij dieren
1. Bindweefsels
2. Epitheelweefsels
3. Zenuwweefsels (H12)
4. Spierweefsels (H17)
Bindweefsels bezitten een goed ontwikkelde extracellulaire matrix:
• Taai en buigzaam: pees
• Hard en dens: bot
• Meegevend en elastisch: kraakbeen
• Zacht en transparant: gelstructuur in het oog
Elk bepaald celtype is verantwoordelijk voor het neerzetten van materiaal in de
extracellulaire matrix en zo de eigenschappen bepalen ervan. De populairste is collageen.
Bindweefsel = Een stuk weefsel met heel veel extracellulaire matrix. Cellen in de omgeving
gaan zich vasthechten op de extracellulaire matrix, het wordt neergeezt door fibroblasten.
De eigenschappen van de extracellulaire matrix hangen af van
- Het type en hoeveelheid collageen
- Andere moleculen die tussen collageen zijn geweven
20.1.1.2. Dierlijke bindweefselvarianten bestaan grotendeels uit
extracellulaire matrix
= Grondsubstantie + vezels
BOTdoorsnede Je vind cellen terug (zwarte puntjes).
Systeem van Havers:
- Osteoblasten = Cellen die een mineraliserend enzym bevatten om extracellulaire matrix van
botten aan te maken
- Osteocyten = Osteoblasten die vast komen te zitten in hun extracellulaire matrix
4
