ONCOBIOLOGIE
PROF. JAN COOLS
INHOUD
Inleiding .................................................................................................................................................................. 7
Development of cancer ...................................................................................................................................... 7
a) Darmkanker ........................................................................................................................................... 8
b) Acute leukemia cells contain 10 to 20 mutations.................................................................................. 8
The evolution of new species: selection is the key ............................................................................................. 8
Six hallmarks of cancer ....................................................................................................................................... 9
Affected signaling pathways in cancer cells ................................................................................................... 9
Two additional hallmarks of cancer ............................................................................................................... 9
Cancer is a heterogeneous tissue ..................................................................................................................... 10
Interactions between the cancer cells and the normal cells ........................................................................ 10
Hallmark 1: kanker genetica; genomische instabiliteit & chromosomale re-arrangementen (mutaties) ......... 11
Accumulation and selection of mutations drive cancer development ............................................................. 11
Why do cancer cells accumulate mutations and chromosomal rearrangements ? ......................................... 11
DNA damage and DNA repair` ...................................................................................................................... 11
Therapeutic consequences: examples of DNA repair inhibitors used for the treatment of cancer ............. 12
What are the consequences of genome instability in cancer ? ........................................................................ 12
Can cancer development be avoided ?............................................................................................................. 12
Detection of chromosomal rearrangements .................................................................................................... 13
Door karyotyping .......................................................................................................................................... 13
- Chronic myeloid leukemia (CML): chromosomal translocation .......................................................... 13
- Chromosomale translocatie ................................................................................................................ 13
Het genereren van een oncogentisch BCR-ABL1 fusie gen .......................................................................... 13
Door Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) ............................................................................................ 14
Kanker genetica: next-generation sequencing .................................................................................................... 15
‘next-generation sequencing’ versus ‘Sanger sequencing’ ............................................................................... 15
Sanger Sequencing: ...................................................................................................................................... 15
Next-generation sequencing ........................................................................................................................ 15
- Full genome sequencing is nu mogelijk ............................................................................................... 15
- RNA-sequencing wordt nu mogelijk op grote schaal ........................................................................... 16
- Verschillende opties: (4) ...................................................................................................................... 16
COSMIC ............................................................................................................................................................. 17
1
,Hematopoiesis ...................................................................................................................................................... 17
Ontwikkeling van of leukemia – klonale evolutie ............................................................................................ 17
Detectie van leukemia klones mbv next-generation sequencing ..................................................................... 17
Detectie van klonale hematopoëse is gekoppeld aan een lagere levensverwachting voor personen> 70 jaar 18
Epigenetica: DNA en histon modificaties; additionele codes in het genoom..................................................... 19
DNA methylatie ................................................................................................................................................ 19
Histon modificaties: methylatie, acetylatie, fosforylatie .................................................................................. 19
Heeft invloed op chromatine structuur ........................................................................................................ 19
Heeft invloed op genexpressie ..................................................................................................................... 19
Zijn geassocieerd met actieve/inactieve promotors .................................................................................... 20
Hoe te bestuderen? ...................................................................................................................................... 20
- Chromatine Immune Precipitation, followed by sequencing (chip-seq) ............................................. 20
Proteins implicated in DNA methylation, histone modification and chromatine remodelling are frequently
mutated in cancer ............................................................................................................................................. 22
Hallmark 2: kanker cel proliferatie ...................................................................................................................... 23
1 Kinase signaling pathway ................................................................................................................................... 23
Cell proliferatie: één van de hallmarks van kanker........................................................................................... 23
Veranderingen in signaalroutes bevorderen de proliferatie van kanker .......................................................... 23
Signalering leidt tot transcriptiefactormodulatie ............................................................................................. 24
2 Role of kinases in signaling: Signaling by phosphorylation & dephosphorylation ............................................. 24
Signaling by phosphorylation & dephosphorylation ........................................................................................ 24
Bijvoorbeeld de JAK/STAT pathway ............................................................................................................. 24
Transcription factor modulation by phosphorylation .................................................................................. 25
Protein tyrosine kinases in the human genome ............................................................................................... 25
Receptor tyrosine kinasen ............................................................................................................................ 25
Cytoplasmatische tyrosine kinasen .............................................................................................................. 25
Het kinase domein ........................................................................................................................................ 26
- Kinasen zoals DRC en ABL passen de inactieve conformatie aan ........................................................ 26
- Activatie van Src en Abl hebben binding van ‘een ligand’ met SH3/SH2 domeinen nodig ................. 26
- BCR-Abl1 .............................................................................................................................................. 27
- PDGRA, KIT, FLT3 receptor tyrosine kinases ........................................................................................ 27
- PDGFRA versus FIP1L1-PDGFRA........................................................................................................... 28
Protein tyrosine kinases geimpliceerd in kanker .......................................................................................... 28
Tyrosine kinase inhibitors ............................................................................................................................. 28
- FIP1L1-pdgfra is extreem sensitief aan Imatinib ................................................................................. 28
Kinase activiteit uitlezen ................................................................................................................................... 29
Oncogenetische kinase ................................................................................................................................. 29
2
, Auto-fosforylatie meten ............................................................................................................................... 29
Meten van cell proliferatie ........................................................................................................................... 30
Apoptose detectie ........................................................................................................................................ 30
Hallmark 3 apoptosis ............................................................................................................................................ 31
Het onvermogen om apoptose te ondergaan kan leiden tot kanker ............................................................... 31
Bcl-2 expressie voorkomt apoptose ............................................................................................................. 31
Twee manieren om apoptose te induceren ..................................................................................................... 32
Proteinen die een rol spelen in apoptose .................................................................................................... 32
Regulatie van apoptose ................................................................................................................................ 33
- Bcl-2 vs Bax .......................................................................................................................................... 33
a) Priming-capture-displacement model ................................................................................................. 33
b) Direct activation model ....................................................................................................................... 33
c) Indirect activation model..................................................................................................................... 34
- Bak (or Bax) oligomerizatie .................................................................................................................. 34
Oncogenische events die apoptose voorkomen: p53… ............................................................................... 34
- Kan kanker ontwikkeling onderdrukken .............................................................................................. 34
- Verlies verbetert tumor ontwikkeling in muizen ................................................................................. 34
- Fungeert als transcriptiefactor ............................................................................................................ 35
- Bindt DNA als tetrameer ...................................................................................................................... 35
- Mechanismen om deze te activeren ................................................................................................... 35
Meer apoptose induceren in kankercel........................................................................................................ 35
Hallmark 4: hoe kankercellen ontsnappen aan het immuunsysteem ................................................................ 36
Tumorcellen kunnen herkend worden door het immuunsysteem ................................................................... 36
De moeilijke interactie tussen het immuunsysteem en kankerellen................................................................ 36
Immuun tolerantie ............................................................................................................................................ 36
Hoe passen tumorcellen zich aan op aan de bescherming van het immuunsyseem te ontsnappen? ............. 37
Contact-independent mechanismen ............................................................................................................ 37
Contact-dependent mechanismen ............................................................................................................... 37
Hoe immuunsysteem wel aanzetten om kankercellen aan te vallen ............................................................... 38
Principes ....................................................................................................................................................... 38
Therapie mogelijkheden ............................................................................................................................... 38
1) Immuun checkpoint blockade ............................................................................................................. 38
2) Cytotoxische T-cellen in nauw contact brengen met de tumorcellen ................................................. 38
Componenten van een succesvol adoptieve cellulaire immunotherapie .................................................... 39
Studie van CAR-T cellen ................................................................................................................................ 39
- Detectie van CAR-T-cellen in het bloed van de leukemiepatiënten .................................................... 39
- CAR-T cel detectie in vergelijking met B-cel detectie .......................................................................... 39
3
, - Risicos bij de CAR-T therapie ............................................................................................................... 40
- Conclusies ............................................................................................................................................ 40
- Varianten van CAR-T cellen ................................................................................................................. 40
Bespreking artikels ................................................................................................................................................ 41
Targeting the C481S Ibrutinib-Resistance Mutation in Bruton’s Tyrosine Kinase Using PROTAC-Mediated
Degradation ...................................................................................................................................................... 41
Truncating Erythropoietin Receptor Rearrangements in Acute Lymphoblastic Leukemia ............................... 43
Direct Activation of BAX by BTSA1 Overcomes Apoptosis Resistance in Acute Myeloid Leukemia ................. 45
Hallmark 5: cancer metabolism ........................................................................................................................... 47
Historisch overzicht - Otto Warburg’s experiment ........................................................................................... 47
Glycolyse ........................................................................................................................................................... 47
Glycolysis naar krebcyclus ................................................................................................................................ 47
Glycolyse in kanker cellen ................................................................................................................................. 47
The ‘Warburg effect’ ......................................................................................................................................... 48
Een directe link tussen kanker en metabolisme ............................................................................................... 48
IDH1 and IDH2 mutations in cancer ............................................................................................................. 48
Koppeling van oncogenen en tumorsuppressorgenen met effecten op de stofwisseling ............................... 49
Effect van oncogenen & tumorsuppressorgenen op glucose metabolisme ..................................................... 49
Effect van oncogenen & tumorsuppressorgenen op glutamine metabolisme ................................................ 49
Kankercellen verbruiken een grote hoeveelheid glucose ................................................................................. 49
Determinanten van de tumor metabolische fenotype ..................................................................................... 49
Oncogenetische stimulatie van glycolyse ......................................................................................................... 50
PKM2 remt de aanmaak van pyruvaat, waardoor de aanmaak van andere essentiële metabolieten mogelijk
wordt ................................................................................................................................................................ 50
Production of anti-oxidants NADPH & GSH ...................................................................................................... 50
ROS levels en kanker ......................................................................................................................................... 50
Hallmark 6: angiogenese ...................................................................................................................................... 51
VEGF and VEGF receptoren .............................................................................................................................. 51
Liganden ....................................................................................................................................................... 51
Receptoren ................................................................................................................................................... 51
Inihibatie van de pathway ............................................................................................................................ 51
VEGFR2 is de belangrijkste pathway voor angiogenese. .................................................................................. 51
Vegfs in pathologische angiogenesis ................................................................................................................ 52
Mechanisme van vasculaire kieming ............................................................................................................ 52
Notch signaling ............................................................................................................................................. 52
Tumors hebben vascularisatie nodig ................................................................................................................ 53
Therapeutische strategie .............................................................................................................................. 53
4
, Vasculaire normalisatie bij tumoren: een alternatieve benadering ............................................................. 53
Tumoren hebben abnormale bloedvaten .................................................................................................... 53
Factoren die bijdragen tot de abnormale bloedvatvorming ........................................................................ 54
Potentiële targets voor vasculaire normalisatie ........................................................................................... 54
Hallmark 7: activeren van invasie & metastase .................................................................................................. 55
Wat is metastase?............................................................................................................................................. 55
Eerste stappen in metastase: epitheelcellen ondergaan epitheliale naar mesenchymale overgang (EMT) .... 55
Lineaire en parallelle progressie modellen ....................................................................................................... 55
Lineaire progressiemodel ............................................................................................................................. 55
Parallelle progressiemodel ........................................................................................................................... 56
Vooruitgang in ons begrijpen van de factoren die metastase beïnvloeden ..................................................... 56
- Factoren die een rol spelen in pre-metastase niche formatie: ........................................................... 56
- Stadia van pre-metastase niche .......................................................................................................... 57
Mouse models to study metastasis? ............................................................................................................ 57
Hallmark 8: Replicative immortality, and the concept of cancer stem cells ...................................................... 58
Normale stamcellen .......................................................................................................................................... 58
Normaal hematopoietisch weefsel: ............................................................................................................. 58
Experimentele demonstratie door gebruik te maken van beenmergtransplantatie-assays ........................ 58
Kankerstamcellen ............................................................................................................................................. 59
Ontdekkingen ............................................................................................................................................... 59
Behoefte aan immuundeficiënte muizen: .................................................................................................... 59
- SCID-muizen (severe cmbined immuno deficient): ............................................................................. 59
- IL2RG knock-out muizen (gamma-c null) ............................................................................................. 59
- NOD-SCID-Gcnull (NSG-muizen) .......................................................................................................... 59
Met behulp van NSG-muizen kunnen kan worden geïdentificeerd welke cellen in een kankerweefsel
kankerstamcellen zijn. .................................................................................................................................. 60
Leukemie .......................................................................................................................................................... 60
Verschillende soorten leukemiestamcellen: ................................................................................................ 60
Zijn leukemiestamcellen afgeleid van normale stamcellen? ........................................................................ 60
Twee modellen voor de ontwikkeling van leukemie .................................................................................... 61
Modellen van tumorinitiatie en -progressie ..................................................................................................... 61
Therapeutische implicaties: .............................................................................................................................. 62
Telomerase-activiteit is nodig voor onbeperkte celdelingen ........................................................................... 62
Normaal ........................................................................................................................................................ 62
Bij kankercellen: ........................................................................................................................................... 62
Bespreking artikels ............................................................................................................................................... 63
5
, VEGF-D Promotes Tumor Metastasis by Regulating Prostaglandins Produced by the Collecting Lymphatic
Endothelium ..................................................................................................................................................... 63
An oncogenic super-enhancer formed through somatic mutation of a noncoding intergenic element .............. 64
JAK–STAT Pathway Activation in Malignant and Nonmalignant Cells Contributes to MPN Pathogenesis and
Therapeutic Response ...................................................................................................................................... 65
6
,INLEIDING
Slides “voldoende” voor examen, reviewartikels goed lezen maar niet allemaal vanbuiten kennen. Niet al te
grote details van genen kennen, vb’n kunnen geven en basisprincipes kunnen geven op examen.
Reviewartikel Hallmarks of cancer eens doornemen
Doel:
• Begrijpen hoe kanker zich ontwikkelt,
• Inzicht krijgen in de diagnose en behandeling van kanker,
• Bespreken hoe we onze kennis kunnen gebruiken om betere therapieën te ontwikkelen
How to study the course ?
• Know the 10 hallmarks of cancer & some examples
• Understand why and how it is this way
• Understand how we can study this in the laboratory
• Understand how we can use this information to treat cancer patiënts
DEVELOPMENT OF CANCER
Meeste tumoren in een gezond persoon die niet geboren wordt met aangeboren kans om kanker te gaan
ontwikkelen. Tijdens het leven van gaan er bepaalde normaal weefsel/cellen muteren, met bijkomende
mutaties, die later kunnen leiden tot het ontwikkelen van kanker. De meeste soorten kankers zijn niet erfelijk.
Meestal nemen we aan dat 1 enkele mutatie in de genetische informatie van zon cel niet voldoende is om te
leiden tot kanker, en dus meerdere mutaties nodig zijn. En die mutaties worden 1 voor 1 verworven in een cel
die later een kankercel kan worden. En als die mutaties toevallig een dominantoncogen activeren of een tumor
surpressor gen inactiveren zou dat een eerste stap zijn tot het ontwikkelen van kanker.
Mutaties kunnen geïnduceerd worden door chemische stoffen die kunnen inwerken op het DNA, virale
infecties, tabaksrook, UV licht, etc, en zo mutaties induceren. Maar mutaties kunnen toevallige fouten zijn. Die
herstelmechanisme zijn niet volledig accuraat. Als de fouten dan net in een belangrijk gen vallen, kan kanker
hieruit ontwikkelen
Mutaties kunnen accumuleren in de cel. Deze cel zal zo geleidelijk worden omgevormd tot een kankercel. Deze
accumulaties zullen dan leiden tot een plaatselijke, kleine kankergezwel. Die cellen kunnen dan teug gaan
delen, lange roverleven, enzv. En dus plaatselijk een kleine zwelling, woekering kunnen geven die cellen
kunnen dan weer in andere delen van het lichaam sluipen → etastase.
Dit een proces dit heel lang duurt. Meestal zijn er meerder jaren nodig om van normale cel naar kankercel te
gaan. Dit is heel mooi omschreven in darmkanker, of bv door een onderzoek naar leukemie.
7
,A) DARMKANKER
Eerste mutatie in APC gen➔ weinig verandering, accumuleren een beetje meer maar veroorzaakt nog geen
tumor.
Een KRAS mutatie kan wel een adenoma doen ontstaan waaruit later carcinoma ontstaan. Dit process
evolueert verder tot kanker. We spreken over een tijdspannen van 20-40 jaar.
Een mutatie is dus niet voldoende voor het ontstaan van kanker. Vaak zijn tientallen mutaties nodig om een
normale cel om te vormen tot een kankercel
B) ACUTE LEUKEMIA CELLS CONTAIN 10 TO 20 MUTATIONS
Mutaties in 7 factoren samen (NOTCH1, prolifiratie, epigentica, ribosomale defecten, cellcyclus, RNA stabiliteit,
TF’s) geven leukemie → 1 mutatie (bv RNA stability) is niet voldoende om leukemie te veroorzaken.
NOTCH1 is belangrijk gen dat instaat voor proliferatie van de cel.
Proposed model for the development of leukemia
Stamcel of een vrij immature cel zal beetje meer gaan delen maar voor de rest nog geen leukemiecel vormen.
Het zal gaan accumuleren in het beenmerg.
Vervolgens zal er zich een mutatie ontwikkelen in een van die cellen, deze gaan proliferen en zo krijg je een
mutatie in meerdere cellen. Je krijgt een groep van leukemiecellen die gaan ontwikkelen. Niet elke cel bezit
exact dezelfde mutatie.
Het duurt lang voor leukemie ontstaat. De cel heft dus tijd om mutaties te gaan accumuleren. Je krijgt een
soort evolutieproces waarbij de mutatie de tijd krijgt om te gaan evolueren. Dit wordt afgebeeld met de
sterretjes.
Er treedt competitiviteit op tussen de leukemiecellen: je krijgt major clones → deze bezitten mutaties die het
meest gunstig zijn voor de leukemie: ze gaan het meest accumuleren en delen. Het omgekeerde vindt men bij
minor clones. Op basis hiervan kan de soort van behandeling bepaald gaan worden.
Het kennen van die heterogeniteit is dus belangrijk om te bepalen of er bv een bepaalde resistentie kan zijn
tegen bepaalde medicatie tegen die kanker. Doordat we op Single Cell niveau gaan sequencen kunnen we
beter begrijpen dat er heterogeniteit is bij het ontstaan van tumoren
THE EVOLUTION OF NEW SPECIES: SELECTION IS THE KEY
Nieuwe species ontstaan ook door mutaties of veranderingen in het genoom, net zoals bij kankercellen dus:
bepaalde mutaties zullen meer overlevingskans hebben waardoor deze ook verder zal uitgroeien en zich zal
kunnen ‘voortplanten’
8
, SIX HALLMARKS OF CANCER
Typische mutaties die we verwachten bij kanker:
1. Geen celdood
2. Meer metastase
3. Angiogenese induceren: meer bloedvaten aanmaken
4. Immortaliteit: tumorcellen kunnen blijven groeien, stoppen niet met delen
5. Vermeiden van groei supressors
6. Aanhoudende proliferatie signalen
Voor elke tumor heb je de 6 hallmarks nodig die ervoor zullen zorgen dat de cel zal kunnen proliferen
De volgorde van mutaties kan in elke tumor anders zijn, uiteindelijk vind je in elke tumor dezelfde 6 hallmarks
terug. Alleen de volgorde waarin de mutaties optreden kan dus verschillend zijn. Dit is wat onderaan afgebeeld
wordt op slide 13.
AFFECTED SIGNALING PATHWAYS IN CANCER CELLS
Mutaties ontstaan in bepaalde genen die heel belangrijk zijn voor tumorontwikkeling. In rood aangeduid welke
genen vaak gemuteerd zijn in kanker.
RTK (RAS MAP signaling) STAT, PTEN
Apoptotische eiwitten: overexpressie van BCL2 ➔ cel gaat minder rap in apoptose gaan
Transcriptiefactoren zoals MYC of FOS ➔ verandering in genexpressie
Alles leidt uiteindelijk tot verandering in genexpressie! De genexpressie is niet 1 of 3 genen die veranderd zijn,
maar honderden! We kunnen dus adhv deze genexpressie ruwweg gaan zien dat we te maken hebben met
tumorcellen! Hierdoor weet je met welk subtype van kanker je te maken hebt en welke mutaties aanwezig zijn.
TWO ADDITIONAL HALLMARKS OF CANCER
Twee hallmarks die later zijn toegevoegd: je hebt er op dat moment 10:
7. Metabole veranderingen: avoiding immune destruction
8. Tumor-promoting inflammatie
9. Genoom instabiliteit en mutatie: bepaalde herselmechanismen in tumorcellen zijn defect ➔
Tumorcellen krijgen in de loop van de tijd meer en meer mutaties
10. Deregulatie van de cellulaire energie
Implications for therapy
Belangrijk!
Deze 10 hallmarks resulteert in implicaties voor behandelingen.
Honderden mutaties in een tumorcel kan je allemaal linken met 1 van deze 10 eigenschappen! ➔ De hallmarks
zorgen ervoor dat de kankercellen meer gaan prolifereren.
9
PROF. JAN COOLS
INHOUD
Inleiding .................................................................................................................................................................. 7
Development of cancer ...................................................................................................................................... 7
a) Darmkanker ........................................................................................................................................... 8
b) Acute leukemia cells contain 10 to 20 mutations.................................................................................. 8
The evolution of new species: selection is the key ............................................................................................. 8
Six hallmarks of cancer ....................................................................................................................................... 9
Affected signaling pathways in cancer cells ................................................................................................... 9
Two additional hallmarks of cancer ............................................................................................................... 9
Cancer is a heterogeneous tissue ..................................................................................................................... 10
Interactions between the cancer cells and the normal cells ........................................................................ 10
Hallmark 1: kanker genetica; genomische instabiliteit & chromosomale re-arrangementen (mutaties) ......... 11
Accumulation and selection of mutations drive cancer development ............................................................. 11
Why do cancer cells accumulate mutations and chromosomal rearrangements ? ......................................... 11
DNA damage and DNA repair` ...................................................................................................................... 11
Therapeutic consequences: examples of DNA repair inhibitors used for the treatment of cancer ............. 12
What are the consequences of genome instability in cancer ? ........................................................................ 12
Can cancer development be avoided ?............................................................................................................. 12
Detection of chromosomal rearrangements .................................................................................................... 13
Door karyotyping .......................................................................................................................................... 13
- Chronic myeloid leukemia (CML): chromosomal translocation .......................................................... 13
- Chromosomale translocatie ................................................................................................................ 13
Het genereren van een oncogentisch BCR-ABL1 fusie gen .......................................................................... 13
Door Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) ............................................................................................ 14
Kanker genetica: next-generation sequencing .................................................................................................... 15
‘next-generation sequencing’ versus ‘Sanger sequencing’ ............................................................................... 15
Sanger Sequencing: ...................................................................................................................................... 15
Next-generation sequencing ........................................................................................................................ 15
- Full genome sequencing is nu mogelijk ............................................................................................... 15
- RNA-sequencing wordt nu mogelijk op grote schaal ........................................................................... 16
- Verschillende opties: (4) ...................................................................................................................... 16
COSMIC ............................................................................................................................................................. 17
1
,Hematopoiesis ...................................................................................................................................................... 17
Ontwikkeling van of leukemia – klonale evolutie ............................................................................................ 17
Detectie van leukemia klones mbv next-generation sequencing ..................................................................... 17
Detectie van klonale hematopoëse is gekoppeld aan een lagere levensverwachting voor personen> 70 jaar 18
Epigenetica: DNA en histon modificaties; additionele codes in het genoom..................................................... 19
DNA methylatie ................................................................................................................................................ 19
Histon modificaties: methylatie, acetylatie, fosforylatie .................................................................................. 19
Heeft invloed op chromatine structuur ........................................................................................................ 19
Heeft invloed op genexpressie ..................................................................................................................... 19
Zijn geassocieerd met actieve/inactieve promotors .................................................................................... 20
Hoe te bestuderen? ...................................................................................................................................... 20
- Chromatine Immune Precipitation, followed by sequencing (chip-seq) ............................................. 20
Proteins implicated in DNA methylation, histone modification and chromatine remodelling are frequently
mutated in cancer ............................................................................................................................................. 22
Hallmark 2: kanker cel proliferatie ...................................................................................................................... 23
1 Kinase signaling pathway ................................................................................................................................... 23
Cell proliferatie: één van de hallmarks van kanker........................................................................................... 23
Veranderingen in signaalroutes bevorderen de proliferatie van kanker .......................................................... 23
Signalering leidt tot transcriptiefactormodulatie ............................................................................................. 24
2 Role of kinases in signaling: Signaling by phosphorylation & dephosphorylation ............................................. 24
Signaling by phosphorylation & dephosphorylation ........................................................................................ 24
Bijvoorbeeld de JAK/STAT pathway ............................................................................................................. 24
Transcription factor modulation by phosphorylation .................................................................................. 25
Protein tyrosine kinases in the human genome ............................................................................................... 25
Receptor tyrosine kinasen ............................................................................................................................ 25
Cytoplasmatische tyrosine kinasen .............................................................................................................. 25
Het kinase domein ........................................................................................................................................ 26
- Kinasen zoals DRC en ABL passen de inactieve conformatie aan ........................................................ 26
- Activatie van Src en Abl hebben binding van ‘een ligand’ met SH3/SH2 domeinen nodig ................. 26
- BCR-Abl1 .............................................................................................................................................. 27
- PDGRA, KIT, FLT3 receptor tyrosine kinases ........................................................................................ 27
- PDGFRA versus FIP1L1-PDGFRA........................................................................................................... 28
Protein tyrosine kinases geimpliceerd in kanker .......................................................................................... 28
Tyrosine kinase inhibitors ............................................................................................................................. 28
- FIP1L1-pdgfra is extreem sensitief aan Imatinib ................................................................................. 28
Kinase activiteit uitlezen ................................................................................................................................... 29
Oncogenetische kinase ................................................................................................................................. 29
2
, Auto-fosforylatie meten ............................................................................................................................... 29
Meten van cell proliferatie ........................................................................................................................... 30
Apoptose detectie ........................................................................................................................................ 30
Hallmark 3 apoptosis ............................................................................................................................................ 31
Het onvermogen om apoptose te ondergaan kan leiden tot kanker ............................................................... 31
Bcl-2 expressie voorkomt apoptose ............................................................................................................. 31
Twee manieren om apoptose te induceren ..................................................................................................... 32
Proteinen die een rol spelen in apoptose .................................................................................................... 32
Regulatie van apoptose ................................................................................................................................ 33
- Bcl-2 vs Bax .......................................................................................................................................... 33
a) Priming-capture-displacement model ................................................................................................. 33
b) Direct activation model ....................................................................................................................... 33
c) Indirect activation model..................................................................................................................... 34
- Bak (or Bax) oligomerizatie .................................................................................................................. 34
Oncogenische events die apoptose voorkomen: p53… ............................................................................... 34
- Kan kanker ontwikkeling onderdrukken .............................................................................................. 34
- Verlies verbetert tumor ontwikkeling in muizen ................................................................................. 34
- Fungeert als transcriptiefactor ............................................................................................................ 35
- Bindt DNA als tetrameer ...................................................................................................................... 35
- Mechanismen om deze te activeren ................................................................................................... 35
Meer apoptose induceren in kankercel........................................................................................................ 35
Hallmark 4: hoe kankercellen ontsnappen aan het immuunsysteem ................................................................ 36
Tumorcellen kunnen herkend worden door het immuunsysteem ................................................................... 36
De moeilijke interactie tussen het immuunsysteem en kankerellen................................................................ 36
Immuun tolerantie ............................................................................................................................................ 36
Hoe passen tumorcellen zich aan op aan de bescherming van het immuunsyseem te ontsnappen? ............. 37
Contact-independent mechanismen ............................................................................................................ 37
Contact-dependent mechanismen ............................................................................................................... 37
Hoe immuunsysteem wel aanzetten om kankercellen aan te vallen ............................................................... 38
Principes ....................................................................................................................................................... 38
Therapie mogelijkheden ............................................................................................................................... 38
1) Immuun checkpoint blockade ............................................................................................................. 38
2) Cytotoxische T-cellen in nauw contact brengen met de tumorcellen ................................................. 38
Componenten van een succesvol adoptieve cellulaire immunotherapie .................................................... 39
Studie van CAR-T cellen ................................................................................................................................ 39
- Detectie van CAR-T-cellen in het bloed van de leukemiepatiënten .................................................... 39
- CAR-T cel detectie in vergelijking met B-cel detectie .......................................................................... 39
3
, - Risicos bij de CAR-T therapie ............................................................................................................... 40
- Conclusies ............................................................................................................................................ 40
- Varianten van CAR-T cellen ................................................................................................................. 40
Bespreking artikels ................................................................................................................................................ 41
Targeting the C481S Ibrutinib-Resistance Mutation in Bruton’s Tyrosine Kinase Using PROTAC-Mediated
Degradation ...................................................................................................................................................... 41
Truncating Erythropoietin Receptor Rearrangements in Acute Lymphoblastic Leukemia ............................... 43
Direct Activation of BAX by BTSA1 Overcomes Apoptosis Resistance in Acute Myeloid Leukemia ................. 45
Hallmark 5: cancer metabolism ........................................................................................................................... 47
Historisch overzicht - Otto Warburg’s experiment ........................................................................................... 47
Glycolyse ........................................................................................................................................................... 47
Glycolysis naar krebcyclus ................................................................................................................................ 47
Glycolyse in kanker cellen ................................................................................................................................. 47
The ‘Warburg effect’ ......................................................................................................................................... 48
Een directe link tussen kanker en metabolisme ............................................................................................... 48
IDH1 and IDH2 mutations in cancer ............................................................................................................. 48
Koppeling van oncogenen en tumorsuppressorgenen met effecten op de stofwisseling ............................... 49
Effect van oncogenen & tumorsuppressorgenen op glucose metabolisme ..................................................... 49
Effect van oncogenen & tumorsuppressorgenen op glutamine metabolisme ................................................ 49
Kankercellen verbruiken een grote hoeveelheid glucose ................................................................................. 49
Determinanten van de tumor metabolische fenotype ..................................................................................... 49
Oncogenetische stimulatie van glycolyse ......................................................................................................... 50
PKM2 remt de aanmaak van pyruvaat, waardoor de aanmaak van andere essentiële metabolieten mogelijk
wordt ................................................................................................................................................................ 50
Production of anti-oxidants NADPH & GSH ...................................................................................................... 50
ROS levels en kanker ......................................................................................................................................... 50
Hallmark 6: angiogenese ...................................................................................................................................... 51
VEGF and VEGF receptoren .............................................................................................................................. 51
Liganden ....................................................................................................................................................... 51
Receptoren ................................................................................................................................................... 51
Inihibatie van de pathway ............................................................................................................................ 51
VEGFR2 is de belangrijkste pathway voor angiogenese. .................................................................................. 51
Vegfs in pathologische angiogenesis ................................................................................................................ 52
Mechanisme van vasculaire kieming ............................................................................................................ 52
Notch signaling ............................................................................................................................................. 52
Tumors hebben vascularisatie nodig ................................................................................................................ 53
Therapeutische strategie .............................................................................................................................. 53
4
, Vasculaire normalisatie bij tumoren: een alternatieve benadering ............................................................. 53
Tumoren hebben abnormale bloedvaten .................................................................................................... 53
Factoren die bijdragen tot de abnormale bloedvatvorming ........................................................................ 54
Potentiële targets voor vasculaire normalisatie ........................................................................................... 54
Hallmark 7: activeren van invasie & metastase .................................................................................................. 55
Wat is metastase?............................................................................................................................................. 55
Eerste stappen in metastase: epitheelcellen ondergaan epitheliale naar mesenchymale overgang (EMT) .... 55
Lineaire en parallelle progressie modellen ....................................................................................................... 55
Lineaire progressiemodel ............................................................................................................................. 55
Parallelle progressiemodel ........................................................................................................................... 56
Vooruitgang in ons begrijpen van de factoren die metastase beïnvloeden ..................................................... 56
- Factoren die een rol spelen in pre-metastase niche formatie: ........................................................... 56
- Stadia van pre-metastase niche .......................................................................................................... 57
Mouse models to study metastasis? ............................................................................................................ 57
Hallmark 8: Replicative immortality, and the concept of cancer stem cells ...................................................... 58
Normale stamcellen .......................................................................................................................................... 58
Normaal hematopoietisch weefsel: ............................................................................................................. 58
Experimentele demonstratie door gebruik te maken van beenmergtransplantatie-assays ........................ 58
Kankerstamcellen ............................................................................................................................................. 59
Ontdekkingen ............................................................................................................................................... 59
Behoefte aan immuundeficiënte muizen: .................................................................................................... 59
- SCID-muizen (severe cmbined immuno deficient): ............................................................................. 59
- IL2RG knock-out muizen (gamma-c null) ............................................................................................. 59
- NOD-SCID-Gcnull (NSG-muizen) .......................................................................................................... 59
Met behulp van NSG-muizen kunnen kan worden geïdentificeerd welke cellen in een kankerweefsel
kankerstamcellen zijn. .................................................................................................................................. 60
Leukemie .......................................................................................................................................................... 60
Verschillende soorten leukemiestamcellen: ................................................................................................ 60
Zijn leukemiestamcellen afgeleid van normale stamcellen? ........................................................................ 60
Twee modellen voor de ontwikkeling van leukemie .................................................................................... 61
Modellen van tumorinitiatie en -progressie ..................................................................................................... 61
Therapeutische implicaties: .............................................................................................................................. 62
Telomerase-activiteit is nodig voor onbeperkte celdelingen ........................................................................... 62
Normaal ........................................................................................................................................................ 62
Bij kankercellen: ........................................................................................................................................... 62
Bespreking artikels ............................................................................................................................................... 63
5
, VEGF-D Promotes Tumor Metastasis by Regulating Prostaglandins Produced by the Collecting Lymphatic
Endothelium ..................................................................................................................................................... 63
An oncogenic super-enhancer formed through somatic mutation of a noncoding intergenic element .............. 64
JAK–STAT Pathway Activation in Malignant and Nonmalignant Cells Contributes to MPN Pathogenesis and
Therapeutic Response ...................................................................................................................................... 65
6
,INLEIDING
Slides “voldoende” voor examen, reviewartikels goed lezen maar niet allemaal vanbuiten kennen. Niet al te
grote details van genen kennen, vb’n kunnen geven en basisprincipes kunnen geven op examen.
Reviewartikel Hallmarks of cancer eens doornemen
Doel:
• Begrijpen hoe kanker zich ontwikkelt,
• Inzicht krijgen in de diagnose en behandeling van kanker,
• Bespreken hoe we onze kennis kunnen gebruiken om betere therapieën te ontwikkelen
How to study the course ?
• Know the 10 hallmarks of cancer & some examples
• Understand why and how it is this way
• Understand how we can study this in the laboratory
• Understand how we can use this information to treat cancer patiënts
DEVELOPMENT OF CANCER
Meeste tumoren in een gezond persoon die niet geboren wordt met aangeboren kans om kanker te gaan
ontwikkelen. Tijdens het leven van gaan er bepaalde normaal weefsel/cellen muteren, met bijkomende
mutaties, die later kunnen leiden tot het ontwikkelen van kanker. De meeste soorten kankers zijn niet erfelijk.
Meestal nemen we aan dat 1 enkele mutatie in de genetische informatie van zon cel niet voldoende is om te
leiden tot kanker, en dus meerdere mutaties nodig zijn. En die mutaties worden 1 voor 1 verworven in een cel
die later een kankercel kan worden. En als die mutaties toevallig een dominantoncogen activeren of een tumor
surpressor gen inactiveren zou dat een eerste stap zijn tot het ontwikkelen van kanker.
Mutaties kunnen geïnduceerd worden door chemische stoffen die kunnen inwerken op het DNA, virale
infecties, tabaksrook, UV licht, etc, en zo mutaties induceren. Maar mutaties kunnen toevallige fouten zijn. Die
herstelmechanisme zijn niet volledig accuraat. Als de fouten dan net in een belangrijk gen vallen, kan kanker
hieruit ontwikkelen
Mutaties kunnen accumuleren in de cel. Deze cel zal zo geleidelijk worden omgevormd tot een kankercel. Deze
accumulaties zullen dan leiden tot een plaatselijke, kleine kankergezwel. Die cellen kunnen dan teug gaan
delen, lange roverleven, enzv. En dus plaatselijk een kleine zwelling, woekering kunnen geven die cellen
kunnen dan weer in andere delen van het lichaam sluipen → etastase.
Dit een proces dit heel lang duurt. Meestal zijn er meerder jaren nodig om van normale cel naar kankercel te
gaan. Dit is heel mooi omschreven in darmkanker, of bv door een onderzoek naar leukemie.
7
,A) DARMKANKER
Eerste mutatie in APC gen➔ weinig verandering, accumuleren een beetje meer maar veroorzaakt nog geen
tumor.
Een KRAS mutatie kan wel een adenoma doen ontstaan waaruit later carcinoma ontstaan. Dit process
evolueert verder tot kanker. We spreken over een tijdspannen van 20-40 jaar.
Een mutatie is dus niet voldoende voor het ontstaan van kanker. Vaak zijn tientallen mutaties nodig om een
normale cel om te vormen tot een kankercel
B) ACUTE LEUKEMIA CELLS CONTAIN 10 TO 20 MUTATIONS
Mutaties in 7 factoren samen (NOTCH1, prolifiratie, epigentica, ribosomale defecten, cellcyclus, RNA stabiliteit,
TF’s) geven leukemie → 1 mutatie (bv RNA stability) is niet voldoende om leukemie te veroorzaken.
NOTCH1 is belangrijk gen dat instaat voor proliferatie van de cel.
Proposed model for the development of leukemia
Stamcel of een vrij immature cel zal beetje meer gaan delen maar voor de rest nog geen leukemiecel vormen.
Het zal gaan accumuleren in het beenmerg.
Vervolgens zal er zich een mutatie ontwikkelen in een van die cellen, deze gaan proliferen en zo krijg je een
mutatie in meerdere cellen. Je krijgt een groep van leukemiecellen die gaan ontwikkelen. Niet elke cel bezit
exact dezelfde mutatie.
Het duurt lang voor leukemie ontstaat. De cel heft dus tijd om mutaties te gaan accumuleren. Je krijgt een
soort evolutieproces waarbij de mutatie de tijd krijgt om te gaan evolueren. Dit wordt afgebeeld met de
sterretjes.
Er treedt competitiviteit op tussen de leukemiecellen: je krijgt major clones → deze bezitten mutaties die het
meest gunstig zijn voor de leukemie: ze gaan het meest accumuleren en delen. Het omgekeerde vindt men bij
minor clones. Op basis hiervan kan de soort van behandeling bepaald gaan worden.
Het kennen van die heterogeniteit is dus belangrijk om te bepalen of er bv een bepaalde resistentie kan zijn
tegen bepaalde medicatie tegen die kanker. Doordat we op Single Cell niveau gaan sequencen kunnen we
beter begrijpen dat er heterogeniteit is bij het ontstaan van tumoren
THE EVOLUTION OF NEW SPECIES: SELECTION IS THE KEY
Nieuwe species ontstaan ook door mutaties of veranderingen in het genoom, net zoals bij kankercellen dus:
bepaalde mutaties zullen meer overlevingskans hebben waardoor deze ook verder zal uitgroeien en zich zal
kunnen ‘voortplanten’
8
, SIX HALLMARKS OF CANCER
Typische mutaties die we verwachten bij kanker:
1. Geen celdood
2. Meer metastase
3. Angiogenese induceren: meer bloedvaten aanmaken
4. Immortaliteit: tumorcellen kunnen blijven groeien, stoppen niet met delen
5. Vermeiden van groei supressors
6. Aanhoudende proliferatie signalen
Voor elke tumor heb je de 6 hallmarks nodig die ervoor zullen zorgen dat de cel zal kunnen proliferen
De volgorde van mutaties kan in elke tumor anders zijn, uiteindelijk vind je in elke tumor dezelfde 6 hallmarks
terug. Alleen de volgorde waarin de mutaties optreden kan dus verschillend zijn. Dit is wat onderaan afgebeeld
wordt op slide 13.
AFFECTED SIGNALING PATHWAYS IN CANCER CELLS
Mutaties ontstaan in bepaalde genen die heel belangrijk zijn voor tumorontwikkeling. In rood aangeduid welke
genen vaak gemuteerd zijn in kanker.
RTK (RAS MAP signaling) STAT, PTEN
Apoptotische eiwitten: overexpressie van BCL2 ➔ cel gaat minder rap in apoptose gaan
Transcriptiefactoren zoals MYC of FOS ➔ verandering in genexpressie
Alles leidt uiteindelijk tot verandering in genexpressie! De genexpressie is niet 1 of 3 genen die veranderd zijn,
maar honderden! We kunnen dus adhv deze genexpressie ruwweg gaan zien dat we te maken hebben met
tumorcellen! Hierdoor weet je met welk subtype van kanker je te maken hebt en welke mutaties aanwezig zijn.
TWO ADDITIONAL HALLMARKS OF CANCER
Twee hallmarks die later zijn toegevoegd: je hebt er op dat moment 10:
7. Metabole veranderingen: avoiding immune destruction
8. Tumor-promoting inflammatie
9. Genoom instabiliteit en mutatie: bepaalde herselmechanismen in tumorcellen zijn defect ➔
Tumorcellen krijgen in de loop van de tijd meer en meer mutaties
10. Deregulatie van de cellulaire energie
Implications for therapy
Belangrijk!
Deze 10 hallmarks resulteert in implicaties voor behandelingen.
Honderden mutaties in een tumorcel kan je allemaal linken met 1 van deze 10 eigenschappen! ➔ De hallmarks
zorgen ervoor dat de kankercellen meer gaan prolifereren.
9
