Alle HC – Mechanism of disease 2
HC01 – Concepts of Cancer biology I, cancer genetics
De bovenkant is gezond weefsel, aan de onderkant zit
malignant transformation, komt door mutaties
Multistep model of cancer progression
- Deze mutaties gaan niet zomaar, maar in meerdere stappen
- Cancer development is driven by the accumulation of mutations
Mutation
- Mutation = a permanent alteration in a parental DNA sequence
(cell, organism)
- Er zijn verschillende soorten mutaties:
o Chromosome mutations (may affect expression of many
genes)
Chromosome losses/gains
Translocations
Multi-locus deletions
o Gene mutations (may affect expression of a few genes)
Deletions/insertions
Base pair substitutions (nonsense and missense
mutation)
Frameshifts
Multi-locus deletions
- Multi-locus deletion leads to loss of function of the deleted alleles
- Deletion on an autosomal chromosome: zorgt voor hemizygosity
for multiple genes (omdat only 1 allele remains)
- Zorgt voor loss of heterozygosity (loss of function van de allelen)
Intragenic deletions
- Intragenic deletion kan ontstaan in exons en introns
- Hoeft niet direct te leiden tot functieverlies
- Soms leidt een deletie tot een verschuiving (= frameshift)
- In-frame/out-of-frame deletions:
o In-frame: No change in reading frame, smaller protein (partially
functional)
Er worden 3 nucleotiden verwijderd, reading frame blijft
dan gelijk
o Out-of-frame: Change in reading frame, frameshift (most likely
not functional)
Different mutations across genes
Er zijn 4 plekken waar mutaties plaats kunnen vinden;
- Intron: most often no effect
- Promotor: may affect transcription efficiëntie (reguleert de
transcriptie)
, - Splice site: vindt plaats in sequenties tussen de exonen in intronen,
mutation may affect the splicing (kan bv. exon skipping optreden
mist dan een deel)
- Exon: may affect protein composition
Base-pair substition
- Frame shift
o Protein truncation: (partial) loss of function
- Nonsense mutation
o Een base verandert, waardoor drie basen nu coderen voor een
stopcodon (GC > TA)
o Protein truncation: (partial) loss of function
- Missense mutation (GC > CG)
o Non synonymous (= veranderd de aminozuur volgorde)
o Amino acid change (wordt een ander aminozuur ingebouwd
dan eerst, maar geen stopcodon)
o Mate van functieverlies kan sterk variëren. In een belangrijke
regio kan een mutatie een groot effect hebben
- Mutation involving amino acids from different groups are more likely
to result in functional impact
Oncogenen
- Oncogenen: genen die de ontwikkeling van kanker stimuleren
- Deze genen hebben ook een functie in niet-kankercellen en worden
dan proto-oncogenen genoemd (helpen cel met groeien en delen)
o Kunnen na een mutatie oncogenen worden
o De mutaties zijn met name missense mutaties en niet zozeer
nonsense mutaties
o De mutaties zijn activerend (gain of function) en betreffen
meestal maar één allel, dus zijn de mutaties dominant
Mutation in oncogenes
- Proto-oncogene activating mutation ontstaat een functional
product
- Soorten oncogene mutations:
o Coding mutation vormt een abnormal protein
o Regulatory mutation vormt een excessive amount of
protein
o Translocation een nieuw eiwit wordt gevormd of het eiwit
komt in grotere mate tot expressie
o Gene amplification vormt een excessive amount of protein
- Oncogene mutations leiden ertoe dat één vd groeifuncties ontregeld
raakt. Secretoire groeifactoren binden aan receptoren op het
celoppervlak, waardoor intracellulaire signaalmoleculen geactiveerd
worden deze zorgen dat bepaalde transcriptiefactoren
geactiveerd worden, die weer zorgen dat de cel in een bepaalde
groeifase komt
KRAS – oncogenen ras-activatie
, - Bij een oncogenen puntmutatie kan Ras-activatie ontstaan
- In de inactieve staat, in een gezonde cel, is Ras gebonden aan GDP
- Het stimuleren van Ras gaat via GEF. GDP laat los en GTP bindt aan
Ras waardoor een actieve vorm ontstaat
- Normaal vindt er dan downstream signalling plaats, treedt GTP
hydrolyse op en wordt Ras inactivatie geïnduceerd door GAP
- Bij een oncogene mutatie wordt het binden van GAP geblokkeerd
o Het binden van GAP zorgt voor een verhoging van GTPase
activiteit
- De oncogene activatie blokkeert inactivatie van Ras door GAP en zo
blijft Ras in actieve staat, met continue signalering tot gevolg
- Ras genen zijn betrokken bij celgroei, differentiatie en apoptose
- Leidt ook tot een overactivatie van Ras
- ‘Mutations in KRAS prevent the removal of GTP by GAP’
Gene amplification
- Amplification of a normal gene (= processen waardoor het aantal
kopieën van een gen wordt verhoogd)
- Cytogene kenmerken van gene amplification bij kanker:
o Double minutes: kleine fragmenten van extrachromosomal DNA
die oncogenen bevatten
Ze zijn een manifestatie van gen amplificatie tijdens de
ontwikkeling van tumoren, die cellen selectieve
voordelen geven voor groei en overleving
o Homogeneously staining regions (HSRs)
In een gebied van een chromosoom waar een
HSR optreedt, wordt een segment vh
chromosoom vele male
geamplificeerd/gedupliceerd
Vermoedelijk betreft dit een gen/genen die een
selectief voordeel geven aan de progressie van
de kanker
Gevolg: het chromosoom wordt enorm verlengd en
uitgebreid
Voorbeelden hiervan zijn: MYC gene (neuroblastomas) en
het ERBB2 (HER2) gene (breast-, ovarian-, gastriccancer
etc.)
Chromosomal translocation
- Het MYC antigen kan geamplificeerd worden en een oncogeen
worden
- Een MYC oncogen heeft een promotor die zeer actief is en zorgt voor
upregulation van het MYC antigen
- 85% van de patiënten met Burkitt lymphoma heeft een t(8;14)
(q24;q32) translocatie (MYC amplificatie)
Tumor suppressor gene – mutations
- Tumor supressor genen ondergaan tijdens tumorgenese meestal loss
of function mutaties
, o Om het effect te merken moeten beide allelen gemuteerd zijn
o Als het er maar 1 is kan er nog genoeg tumor-suppressor eiwit
gevormd worden door transcriptie van het intacte allel
o Bij een aangeboren afwijking met verlies van heterozygositeit is
één allel al defect, waardoor er nog maar één mutatie nodig is
voor functieverlies
Exceptions – dominant negative mutations
- Een uitzondering hierop is het tumor suppressor gen tp53
- De functionerende eiwitten verzamelen zich in tetrameren de
kans is groot dat bij een mutatie in één allel, minstens één
defectief eiwit in de tetrameer ingebouwd wordt waardoor
defectieve tetrameren gevormd worden (dus 1 hit genoeg, en
normaal bij tsg 2 hits nodig)
o Er is dan sprake van dominant-negative mutations
o Dominant-negative mutations are generally missense
mutations
Oncogenes vs tumor suppressor genes
- Tumor suppressor genes: is er om cellen gezond te houden
o Loss of function bij mutatie (2 hits)
- Proto-oncogenes
o Gain of function bij mutatie (al bij 1 hit)
EGFR is een voorbeeld van een functional deletion (en een
oncogen)
Zorgt voor longkanker
Mutation patterns in oncogenes vs TSGs
- De onderste is TSG, omdat hier inactivating
plaatsvindt
- In oncogene vaak missense mutation (daar ook
veel blauwe pijltjes)
- In oncogene zijn er ‘mutation hotspots’ dit zijn
plekken waar het voor kanker relevant is om te
muteren
Co-occurence of mutations
- Mutual exclusivity (= de ene mutatie komt niet samen met de
ander voor), kan het gevolg zijn van:
o Functional redundancy (functionele overvloed): mutaties leiden
allebei tot hetzelfde effect (zoals bij KRAS en BRAF)
o Synthetic lethality: als de mutaties samen voorkomen, gaat de
cel dood
o Different cancer subtypes: de ene mutatie leidt tot een ander
subtype dan de andere mutatie en gaan daarom niet samen
- Random assortment
o Independence of effects: mutaties vinden onafhankelijk van
elkaar plaats als hun effecten ook onafhankelijk van elkaar zijn
HC01 – Concepts of Cancer biology I, cancer genetics
De bovenkant is gezond weefsel, aan de onderkant zit
malignant transformation, komt door mutaties
Multistep model of cancer progression
- Deze mutaties gaan niet zomaar, maar in meerdere stappen
- Cancer development is driven by the accumulation of mutations
Mutation
- Mutation = a permanent alteration in a parental DNA sequence
(cell, organism)
- Er zijn verschillende soorten mutaties:
o Chromosome mutations (may affect expression of many
genes)
Chromosome losses/gains
Translocations
Multi-locus deletions
o Gene mutations (may affect expression of a few genes)
Deletions/insertions
Base pair substitutions (nonsense and missense
mutation)
Frameshifts
Multi-locus deletions
- Multi-locus deletion leads to loss of function of the deleted alleles
- Deletion on an autosomal chromosome: zorgt voor hemizygosity
for multiple genes (omdat only 1 allele remains)
- Zorgt voor loss of heterozygosity (loss of function van de allelen)
Intragenic deletions
- Intragenic deletion kan ontstaan in exons en introns
- Hoeft niet direct te leiden tot functieverlies
- Soms leidt een deletie tot een verschuiving (= frameshift)
- In-frame/out-of-frame deletions:
o In-frame: No change in reading frame, smaller protein (partially
functional)
Er worden 3 nucleotiden verwijderd, reading frame blijft
dan gelijk
o Out-of-frame: Change in reading frame, frameshift (most likely
not functional)
Different mutations across genes
Er zijn 4 plekken waar mutaties plaats kunnen vinden;
- Intron: most often no effect
- Promotor: may affect transcription efficiëntie (reguleert de
transcriptie)
, - Splice site: vindt plaats in sequenties tussen de exonen in intronen,
mutation may affect the splicing (kan bv. exon skipping optreden
mist dan een deel)
- Exon: may affect protein composition
Base-pair substition
- Frame shift
o Protein truncation: (partial) loss of function
- Nonsense mutation
o Een base verandert, waardoor drie basen nu coderen voor een
stopcodon (GC > TA)
o Protein truncation: (partial) loss of function
- Missense mutation (GC > CG)
o Non synonymous (= veranderd de aminozuur volgorde)
o Amino acid change (wordt een ander aminozuur ingebouwd
dan eerst, maar geen stopcodon)
o Mate van functieverlies kan sterk variëren. In een belangrijke
regio kan een mutatie een groot effect hebben
- Mutation involving amino acids from different groups are more likely
to result in functional impact
Oncogenen
- Oncogenen: genen die de ontwikkeling van kanker stimuleren
- Deze genen hebben ook een functie in niet-kankercellen en worden
dan proto-oncogenen genoemd (helpen cel met groeien en delen)
o Kunnen na een mutatie oncogenen worden
o De mutaties zijn met name missense mutaties en niet zozeer
nonsense mutaties
o De mutaties zijn activerend (gain of function) en betreffen
meestal maar één allel, dus zijn de mutaties dominant
Mutation in oncogenes
- Proto-oncogene activating mutation ontstaat een functional
product
- Soorten oncogene mutations:
o Coding mutation vormt een abnormal protein
o Regulatory mutation vormt een excessive amount of
protein
o Translocation een nieuw eiwit wordt gevormd of het eiwit
komt in grotere mate tot expressie
o Gene amplification vormt een excessive amount of protein
- Oncogene mutations leiden ertoe dat één vd groeifuncties ontregeld
raakt. Secretoire groeifactoren binden aan receptoren op het
celoppervlak, waardoor intracellulaire signaalmoleculen geactiveerd
worden deze zorgen dat bepaalde transcriptiefactoren
geactiveerd worden, die weer zorgen dat de cel in een bepaalde
groeifase komt
KRAS – oncogenen ras-activatie
, - Bij een oncogenen puntmutatie kan Ras-activatie ontstaan
- In de inactieve staat, in een gezonde cel, is Ras gebonden aan GDP
- Het stimuleren van Ras gaat via GEF. GDP laat los en GTP bindt aan
Ras waardoor een actieve vorm ontstaat
- Normaal vindt er dan downstream signalling plaats, treedt GTP
hydrolyse op en wordt Ras inactivatie geïnduceerd door GAP
- Bij een oncogene mutatie wordt het binden van GAP geblokkeerd
o Het binden van GAP zorgt voor een verhoging van GTPase
activiteit
- De oncogene activatie blokkeert inactivatie van Ras door GAP en zo
blijft Ras in actieve staat, met continue signalering tot gevolg
- Ras genen zijn betrokken bij celgroei, differentiatie en apoptose
- Leidt ook tot een overactivatie van Ras
- ‘Mutations in KRAS prevent the removal of GTP by GAP’
Gene amplification
- Amplification of a normal gene (= processen waardoor het aantal
kopieën van een gen wordt verhoogd)
- Cytogene kenmerken van gene amplification bij kanker:
o Double minutes: kleine fragmenten van extrachromosomal DNA
die oncogenen bevatten
Ze zijn een manifestatie van gen amplificatie tijdens de
ontwikkeling van tumoren, die cellen selectieve
voordelen geven voor groei en overleving
o Homogeneously staining regions (HSRs)
In een gebied van een chromosoom waar een
HSR optreedt, wordt een segment vh
chromosoom vele male
geamplificeerd/gedupliceerd
Vermoedelijk betreft dit een gen/genen die een
selectief voordeel geven aan de progressie van
de kanker
Gevolg: het chromosoom wordt enorm verlengd en
uitgebreid
Voorbeelden hiervan zijn: MYC gene (neuroblastomas) en
het ERBB2 (HER2) gene (breast-, ovarian-, gastriccancer
etc.)
Chromosomal translocation
- Het MYC antigen kan geamplificeerd worden en een oncogeen
worden
- Een MYC oncogen heeft een promotor die zeer actief is en zorgt voor
upregulation van het MYC antigen
- 85% van de patiënten met Burkitt lymphoma heeft een t(8;14)
(q24;q32) translocatie (MYC amplificatie)
Tumor suppressor gene – mutations
- Tumor supressor genen ondergaan tijdens tumorgenese meestal loss
of function mutaties
, o Om het effect te merken moeten beide allelen gemuteerd zijn
o Als het er maar 1 is kan er nog genoeg tumor-suppressor eiwit
gevormd worden door transcriptie van het intacte allel
o Bij een aangeboren afwijking met verlies van heterozygositeit is
één allel al defect, waardoor er nog maar één mutatie nodig is
voor functieverlies
Exceptions – dominant negative mutations
- Een uitzondering hierop is het tumor suppressor gen tp53
- De functionerende eiwitten verzamelen zich in tetrameren de
kans is groot dat bij een mutatie in één allel, minstens één
defectief eiwit in de tetrameer ingebouwd wordt waardoor
defectieve tetrameren gevormd worden (dus 1 hit genoeg, en
normaal bij tsg 2 hits nodig)
o Er is dan sprake van dominant-negative mutations
o Dominant-negative mutations are generally missense
mutations
Oncogenes vs tumor suppressor genes
- Tumor suppressor genes: is er om cellen gezond te houden
o Loss of function bij mutatie (2 hits)
- Proto-oncogenes
o Gain of function bij mutatie (al bij 1 hit)
EGFR is een voorbeeld van een functional deletion (en een
oncogen)
Zorgt voor longkanker
Mutation patterns in oncogenes vs TSGs
- De onderste is TSG, omdat hier inactivating
plaatsvindt
- In oncogene vaak missense mutation (daar ook
veel blauwe pijltjes)
- In oncogene zijn er ‘mutation hotspots’ dit zijn
plekken waar het voor kanker relevant is om te
muteren
Co-occurence of mutations
- Mutual exclusivity (= de ene mutatie komt niet samen met de
ander voor), kan het gevolg zijn van:
o Functional redundancy (functionele overvloed): mutaties leiden
allebei tot hetzelfde effect (zoals bij KRAS en BRAF)
o Synthetic lethality: als de mutaties samen voorkomen, gaat de
cel dood
o Different cancer subtypes: de ene mutatie leidt tot een ander
subtype dan de andere mutatie en gaan daarom niet samen
- Random assortment
o Independence of effects: mutaties vinden onafhankelijk van
elkaar plaats als hun effecten ook onafhankelijk van elkaar zijn
