Hoofdstuk 05: Groeifactoren, receptoren en kanker
Concept: In een multi-cellulair organisme communiceren cellen met elkaar. Verkeerde communicatie tussen cellen en hun omgeving ligt ten
grondslag aan vele vormen van kanker.
Antwoord: Multi-cellulaire weefsels functioneren door
voortdurende signaaluitwisseling die bepaalt of cellen moeten
delen, differentiëren, migreren of apoptose moeten ondergaan.
Belangrijke punten:
• Groeifactoren, cytokinen, ECM-componenten, cel-celcontact
en mechanische signalen sturen celgedrag aan.
• Receptoren zetten extracellulaire signalen om in
intracellulaire routes die transcriptiefactoren activeren.
• Kanker ontstaat wanneer deze communicatie ontspoort door
mutaties, gen-amplificatie, verkeerde ligandproductie of
micro-omgevingsveranderingen.
• Gevolg is chronische stimulatie, verlies van remming, verminderde apoptose, klonale expansie, invasie en metastase.
Concept: Receptoren spelen een belangrijke rol in deze communicatie.
Antwoord: Receptoren vormen de interface tussen buitenwereld en intracellulaire
biochemie.
• Membraanreceptoren omvatten RTKs, GPCRs, cytokine-receptoren, Notch,
TGF-β, Frizzled en Patched/SMO.
• Intracellulaire receptoren omvatten steroïdhormoonreceptoren.
• Receptoren bestaan uit een extracellulair ligandbindingsdomein, een
transmembraanhelix en een cytoplasmatisch effectordomein.
• Mutaties, overexpressie of fusies kunnen receptoren omvormen tot oncogenen.
Concept: Tyrosine Kinase Receptoren (RTKs) zijn een belangrijke klasse van receptoren. Binding van een ligand aan het ecto-domein induceert
dimerisatie. Dit resulteert in trans-fosforylatie van de receptoren en activatie van downstream signaleringsroutes.
Antwoord: RTKs activeren intracellulaire routes via een gestandaardiseerd mechanisme.
• Ligandbinding induceert dimerisatie van twee receptorsubunits.
• Kinasedomeinen fosforyleren tyrosines op de C-terminale staarten van de partnerreceptor.
• Fosfotyrosines vormen dockingplaatsen voor SH2- en PTB-domeineiwitten.
• Belangrijke routes:
o Grb2-Sos naar Ras
o PI3K naar PIP3 en Akt
o PLCγ naar IP3, DAG, Ca²⁺ en PKC
o STATs direct naar de nucleus
• Uitkomsten zijn proliferatie, overleving, migratie, angiogenese en differentiatie.
Concept: Overexpressie van deze receptoren leidt tot dimerisatie van receptoren in de afwezigheid van een ligand.
Antwoord: Overexpressie verhoogt de kans op spontane dimerisatie.
• Hoge receptordichtheid in het membraan veroorzaakt botsingen tussen receptoren.
• Hierdoor ontstaan dimeren zonder ligandbinding.
• HER2-amplificatie is het klassieke voorbeeld en leidt tot sterke downstream signalering.
• Klinisch relevant bij HER2-positieve borstkanker.
1
,Concept: Mutaties in RTKs die op wat voor manier dan ook dimerisatie induceren
leiden tot receptor activatie en vaak tot kanker.
Antwoord: Verschillende mutatietypen kunnen RTKs permanent activeren.
• Puntmutaties in het kinasedomein verhogen kinaseactiviteit.
• Mutaties in transmembraan of juxtamembraan bevorderen spontane dimerisatie.
• Truncaties van het ectodomein verwijderen ligandcontrole.
• Genfusies koppelen dimerisatiemotieven aan kinasedomeinen.
• Gevolg is constante proliferatiesignalering en verlies van groeifactorafhankelijkheid.
Concept: Overactivatie van de receptoren kan ook ontstaan als een cel zelf de liganden produceert die
aan de receptor kunnen binden en zo zichzelf activeer (autocriene signalering).
Antwoord: Tumorcellen kunnen hun eigen groeifactoren produceren.
• De cel synthetiseert zowel ligand als receptor.
• Dit creëert een zelfversterkende lus van continue stimulatie.
• Voorbeelden zijn productie van TGF-α, EGF-familie, PDGF, IGF en VEGF.
• Autocriene signalering versterkt oncogene routes, vooral bij receptoramplificatie.
Concept: Naast RTKs zijn er nog andere typen van receptoren die belangrijk zijn in kanker.
Antwoord: Naast RTKs spelen meerdere receptorfamilies een rol in kanker.
• JAK-STAT: cytokine-receptoren met JAK-kinasen, vaak constitutief actief in hematologische maligniteiten.
• TGF-β: serine/threoninekinasen met dubbele rol, eerst tumorsuppressief, later tumorpromotend.
• Notch: ligandbinding induceert proteolytische splitsing en nucleus-translocatie.
• Hedgehog: verlies van Patched of activatie van Smoothened activeert GLI-transcriptie.
• Wnt/Frizzled: stabilisatie van β-catenine activeert TCF/LEF-transcriptie.
• GPCRs: activeren cAMP, PI3K en Ca²⁺-routes; vaak betrokken bij metastase.
Hoofdstuk 06: Cytoplasmatische signaleringscircuits programmeren veel van de kenmerken van kanker
Concept: Transfosforylatie van RTKs leidt tot de fosforylatie van vele verschillende tyrosines. Dit creëert een
bindingsplaats voor verschillende SH2 eiwitten. De re-lokalisatie van deze SH2 eiwitten naar de receptoren leidt
tot interacties met membraan-geassocieerde eiwitten, die op hun beurt downstream signaleringscascades
kunnen activeren.
Antwoord: SH2-domeinen herkennen specifieke fosfotyrosinemotieven.
• Elk SH2-domein heeft voorkeur voor een uniek pTyr-motief.
• SH2-eiwitten worden naar het membraan gerekruteerd en komen zo in contact met hun substraten.
• Dit verklaart signaalspecificiteit tussen verschillende RTKs.
• Fosfotyrosines functioneren als adreslabels voor signaalmoleculen.
Concept: Ras is een van de downstream signaleringsmoleculen. De eiwitten die binden aan de RTKs
vormen een brug tussen RTKs en Sos, een GEF voor Ras, waardoor Ras (dat ook aan het membraan zit)
geactiveerd wordt.
Antwoord: Ras-activatie vereist rekrutering van Sos naar het membraan.
• Grb2 bindt via SH2 aan pTyr op de receptor of via Shc.
• Grb2-SH3 bindt proline-rijke motieven in Sos.
• Sos fungeert als GEF en vervangt GDP door GTP op Ras.
• Ras-GTP is de actieve vorm die meerdere routes aanstuurt.
Concept: Downstream van Ras zijn er drie belangrijke signaleringsroutes: 1) Raf, 2) Pi3K en 3) Ral-GEF.
Antwoord: Ras-GTP activeert drie parallelle signaalroutes.
• MAPK-route: Raf activeert MEK, MEK activeert ERK, ERK activeert transcriptiefactoren.
• PI3K-route: PI3K produceert PIP3, wat Akt activeert en apoptose remt.
• Ral-GEF-route: activeert RalA/B en reguleert exocytose, actine en migratie.
2
, Concept: De Raf-signaleringsroute (ook wel MAPK-route genoemd) lijkt de meest belangrijke mitogeen signaleringsroute in cellen.
Antwoord: De MAPK-cascade is een kernroute voor proliferatie.
• Ras activeert Raf, Raf activeert MEK, MEK activeert ERK.
• ERK induceert immediate early genes zoals FOS, JUN en MYC.
• Dit leidt tot cycline-expressie en S-fase-entry.
• BRAF V600E activeert deze route constitutief.
Concept: PI3K/PTEN route regelt de niveaus van PIP3.
Antwoord: PI3K en PTEN bepalen de balans tussen PIP2 en PIP3.
• PI3K zet PIP2 om in PIP3.
• PIP3 rekruteert Akt en PDK1 naar het membraan.
• Akt remt apoptose, stimuleert groei en reguleert metabolisme.
• PTEN verwijdert het 3’-fosfaat van PIP3 en is een belangrijke tumorsuppressor.
• PTEN-verlies leidt tot constitutieve Akt-activatie.
Concept: Activatie van de Ral-route heeft verschillende effecten in cellen, waaronder veranderingen van het cytoskelet en mobiliteit van cellen.
Antwoord: Ral-GEFs vormen een derde Ras-effectorroute.
• RalA/B reguleren exocytose, actineremodellering en adhesies.
• Deze route beïnvloedt celmorfologie, migratie en invasie.
• Belangrijk voor metastatische eigenschappen.
Concept: Activiteit van signaleringsroutes kan beïnvloed worden door verandering
in de intrinsieke activiteit, de concentratie en de lokalisatie van
signaleringsmoleculen.
Antwoord: Oncogene signalering wordt bepaald door drie regulatieniveaus.
• Intrinsieke activiteit: mutaties verhogen enzymactiviteit of blokkeren inactivatie,
zoals Ras G12V of BRAF V600E.
• Concentratie: overexpressie van receptoren of oncogenen verhoogt
signaaloutput, zoals HER2-amplificatie.
• Lokalisatie: membraantethering en rekrutering bepalen waar enzymen actief
zijn, zoals Ras-lipidemodificaties of Akt-binding aan PIP3.
• Deze niveaus versterken elkaar en bevorderen tumorvorming.
Tentamenvraag: In het menselijk genoom zijn 14 genen geïdentificeerd die Ras-GAP domein bevatten. In de meeste daarvan vinden we
aanvullende domeinen die eiwit-eiwit (SH2 en SH3) of eiwit-lipide (PH, C2 en SEC14) interacties bevorderen. Waarom is het niet verassend dat
we deze domeinen vinden in RAS-GAP?
Antwoord: Ras-GAPs moeten Ras-GTP efficiënt kunnen inactiveren, en daarvoor moeten ze precies op de juiste plaats en het juiste moment
aanwezig zijn. SH2-, SH3- en lipidebindende domeinen zorgen samen voor deze ruimtelijke en functionele koppeling.
• SH2-domeinen laten Ras-GAPs binden aan gefosforyleerde tyrosines op geactiveerde RTKs en adaptor-eiwitten. Hierdoor worden GAPs
direct naar het actieve receptorcomplex gebracht, waar Ras wordt geactiveerd.
• SH3-domeinen binden proline-rijke motieven in adaptoren zoals Grb2 en Shc. Dit integreert GAPs in hetzelfde signaalcomplex waarin
Ras-activatie plaatsvindt, waardoor ze Ras snel kunnen bereiken.
• Lipidebindende domeinen (PH, C2, SEC14) richten GAPs naar specifieke membraanregio’s die rijk zijn aan PIP2/PIP3. Omdat Ras
membraangeassocieerd is via lipidemodificaties, moeten GAPs eveneens aan het membraan worden gerekruteerd om Ras-GTP effectief te
hydrolyseren.
3
Concept: In een multi-cellulair organisme communiceren cellen met elkaar. Verkeerde communicatie tussen cellen en hun omgeving ligt ten
grondslag aan vele vormen van kanker.
Antwoord: Multi-cellulaire weefsels functioneren door
voortdurende signaaluitwisseling die bepaalt of cellen moeten
delen, differentiëren, migreren of apoptose moeten ondergaan.
Belangrijke punten:
• Groeifactoren, cytokinen, ECM-componenten, cel-celcontact
en mechanische signalen sturen celgedrag aan.
• Receptoren zetten extracellulaire signalen om in
intracellulaire routes die transcriptiefactoren activeren.
• Kanker ontstaat wanneer deze communicatie ontspoort door
mutaties, gen-amplificatie, verkeerde ligandproductie of
micro-omgevingsveranderingen.
• Gevolg is chronische stimulatie, verlies van remming, verminderde apoptose, klonale expansie, invasie en metastase.
Concept: Receptoren spelen een belangrijke rol in deze communicatie.
Antwoord: Receptoren vormen de interface tussen buitenwereld en intracellulaire
biochemie.
• Membraanreceptoren omvatten RTKs, GPCRs, cytokine-receptoren, Notch,
TGF-β, Frizzled en Patched/SMO.
• Intracellulaire receptoren omvatten steroïdhormoonreceptoren.
• Receptoren bestaan uit een extracellulair ligandbindingsdomein, een
transmembraanhelix en een cytoplasmatisch effectordomein.
• Mutaties, overexpressie of fusies kunnen receptoren omvormen tot oncogenen.
Concept: Tyrosine Kinase Receptoren (RTKs) zijn een belangrijke klasse van receptoren. Binding van een ligand aan het ecto-domein induceert
dimerisatie. Dit resulteert in trans-fosforylatie van de receptoren en activatie van downstream signaleringsroutes.
Antwoord: RTKs activeren intracellulaire routes via een gestandaardiseerd mechanisme.
• Ligandbinding induceert dimerisatie van twee receptorsubunits.
• Kinasedomeinen fosforyleren tyrosines op de C-terminale staarten van de partnerreceptor.
• Fosfotyrosines vormen dockingplaatsen voor SH2- en PTB-domeineiwitten.
• Belangrijke routes:
o Grb2-Sos naar Ras
o PI3K naar PIP3 en Akt
o PLCγ naar IP3, DAG, Ca²⁺ en PKC
o STATs direct naar de nucleus
• Uitkomsten zijn proliferatie, overleving, migratie, angiogenese en differentiatie.
Concept: Overexpressie van deze receptoren leidt tot dimerisatie van receptoren in de afwezigheid van een ligand.
Antwoord: Overexpressie verhoogt de kans op spontane dimerisatie.
• Hoge receptordichtheid in het membraan veroorzaakt botsingen tussen receptoren.
• Hierdoor ontstaan dimeren zonder ligandbinding.
• HER2-amplificatie is het klassieke voorbeeld en leidt tot sterke downstream signalering.
• Klinisch relevant bij HER2-positieve borstkanker.
1
,Concept: Mutaties in RTKs die op wat voor manier dan ook dimerisatie induceren
leiden tot receptor activatie en vaak tot kanker.
Antwoord: Verschillende mutatietypen kunnen RTKs permanent activeren.
• Puntmutaties in het kinasedomein verhogen kinaseactiviteit.
• Mutaties in transmembraan of juxtamembraan bevorderen spontane dimerisatie.
• Truncaties van het ectodomein verwijderen ligandcontrole.
• Genfusies koppelen dimerisatiemotieven aan kinasedomeinen.
• Gevolg is constante proliferatiesignalering en verlies van groeifactorafhankelijkheid.
Concept: Overactivatie van de receptoren kan ook ontstaan als een cel zelf de liganden produceert die
aan de receptor kunnen binden en zo zichzelf activeer (autocriene signalering).
Antwoord: Tumorcellen kunnen hun eigen groeifactoren produceren.
• De cel synthetiseert zowel ligand als receptor.
• Dit creëert een zelfversterkende lus van continue stimulatie.
• Voorbeelden zijn productie van TGF-α, EGF-familie, PDGF, IGF en VEGF.
• Autocriene signalering versterkt oncogene routes, vooral bij receptoramplificatie.
Concept: Naast RTKs zijn er nog andere typen van receptoren die belangrijk zijn in kanker.
Antwoord: Naast RTKs spelen meerdere receptorfamilies een rol in kanker.
• JAK-STAT: cytokine-receptoren met JAK-kinasen, vaak constitutief actief in hematologische maligniteiten.
• TGF-β: serine/threoninekinasen met dubbele rol, eerst tumorsuppressief, later tumorpromotend.
• Notch: ligandbinding induceert proteolytische splitsing en nucleus-translocatie.
• Hedgehog: verlies van Patched of activatie van Smoothened activeert GLI-transcriptie.
• Wnt/Frizzled: stabilisatie van β-catenine activeert TCF/LEF-transcriptie.
• GPCRs: activeren cAMP, PI3K en Ca²⁺-routes; vaak betrokken bij metastase.
Hoofdstuk 06: Cytoplasmatische signaleringscircuits programmeren veel van de kenmerken van kanker
Concept: Transfosforylatie van RTKs leidt tot de fosforylatie van vele verschillende tyrosines. Dit creëert een
bindingsplaats voor verschillende SH2 eiwitten. De re-lokalisatie van deze SH2 eiwitten naar de receptoren leidt
tot interacties met membraan-geassocieerde eiwitten, die op hun beurt downstream signaleringscascades
kunnen activeren.
Antwoord: SH2-domeinen herkennen specifieke fosfotyrosinemotieven.
• Elk SH2-domein heeft voorkeur voor een uniek pTyr-motief.
• SH2-eiwitten worden naar het membraan gerekruteerd en komen zo in contact met hun substraten.
• Dit verklaart signaalspecificiteit tussen verschillende RTKs.
• Fosfotyrosines functioneren als adreslabels voor signaalmoleculen.
Concept: Ras is een van de downstream signaleringsmoleculen. De eiwitten die binden aan de RTKs
vormen een brug tussen RTKs en Sos, een GEF voor Ras, waardoor Ras (dat ook aan het membraan zit)
geactiveerd wordt.
Antwoord: Ras-activatie vereist rekrutering van Sos naar het membraan.
• Grb2 bindt via SH2 aan pTyr op de receptor of via Shc.
• Grb2-SH3 bindt proline-rijke motieven in Sos.
• Sos fungeert als GEF en vervangt GDP door GTP op Ras.
• Ras-GTP is de actieve vorm die meerdere routes aanstuurt.
Concept: Downstream van Ras zijn er drie belangrijke signaleringsroutes: 1) Raf, 2) Pi3K en 3) Ral-GEF.
Antwoord: Ras-GTP activeert drie parallelle signaalroutes.
• MAPK-route: Raf activeert MEK, MEK activeert ERK, ERK activeert transcriptiefactoren.
• PI3K-route: PI3K produceert PIP3, wat Akt activeert en apoptose remt.
• Ral-GEF-route: activeert RalA/B en reguleert exocytose, actine en migratie.
2
, Concept: De Raf-signaleringsroute (ook wel MAPK-route genoemd) lijkt de meest belangrijke mitogeen signaleringsroute in cellen.
Antwoord: De MAPK-cascade is een kernroute voor proliferatie.
• Ras activeert Raf, Raf activeert MEK, MEK activeert ERK.
• ERK induceert immediate early genes zoals FOS, JUN en MYC.
• Dit leidt tot cycline-expressie en S-fase-entry.
• BRAF V600E activeert deze route constitutief.
Concept: PI3K/PTEN route regelt de niveaus van PIP3.
Antwoord: PI3K en PTEN bepalen de balans tussen PIP2 en PIP3.
• PI3K zet PIP2 om in PIP3.
• PIP3 rekruteert Akt en PDK1 naar het membraan.
• Akt remt apoptose, stimuleert groei en reguleert metabolisme.
• PTEN verwijdert het 3’-fosfaat van PIP3 en is een belangrijke tumorsuppressor.
• PTEN-verlies leidt tot constitutieve Akt-activatie.
Concept: Activatie van de Ral-route heeft verschillende effecten in cellen, waaronder veranderingen van het cytoskelet en mobiliteit van cellen.
Antwoord: Ral-GEFs vormen een derde Ras-effectorroute.
• RalA/B reguleren exocytose, actineremodellering en adhesies.
• Deze route beïnvloedt celmorfologie, migratie en invasie.
• Belangrijk voor metastatische eigenschappen.
Concept: Activiteit van signaleringsroutes kan beïnvloed worden door verandering
in de intrinsieke activiteit, de concentratie en de lokalisatie van
signaleringsmoleculen.
Antwoord: Oncogene signalering wordt bepaald door drie regulatieniveaus.
• Intrinsieke activiteit: mutaties verhogen enzymactiviteit of blokkeren inactivatie,
zoals Ras G12V of BRAF V600E.
• Concentratie: overexpressie van receptoren of oncogenen verhoogt
signaaloutput, zoals HER2-amplificatie.
• Lokalisatie: membraantethering en rekrutering bepalen waar enzymen actief
zijn, zoals Ras-lipidemodificaties of Akt-binding aan PIP3.
• Deze niveaus versterken elkaar en bevorderen tumorvorming.
Tentamenvraag: In het menselijk genoom zijn 14 genen geïdentificeerd die Ras-GAP domein bevatten. In de meeste daarvan vinden we
aanvullende domeinen die eiwit-eiwit (SH2 en SH3) of eiwit-lipide (PH, C2 en SEC14) interacties bevorderen. Waarom is het niet verassend dat
we deze domeinen vinden in RAS-GAP?
Antwoord: Ras-GAPs moeten Ras-GTP efficiënt kunnen inactiveren, en daarvoor moeten ze precies op de juiste plaats en het juiste moment
aanwezig zijn. SH2-, SH3- en lipidebindende domeinen zorgen samen voor deze ruimtelijke en functionele koppeling.
• SH2-domeinen laten Ras-GAPs binden aan gefosforyleerde tyrosines op geactiveerde RTKs en adaptor-eiwitten. Hierdoor worden GAPs
direct naar het actieve receptorcomplex gebracht, waar Ras wordt geactiveerd.
• SH3-domeinen binden proline-rijke motieven in adaptoren zoals Grb2 en Shc. Dit integreert GAPs in hetzelfde signaalcomplex waarin
Ras-activatie plaatsvindt, waardoor ze Ras snel kunnen bereiken.
• Lipidebindende domeinen (PH, C2, SEC14) richten GAPs naar specifieke membraanregio’s die rijk zijn aan PIP2/PIP3. Omdat Ras
membraangeassocieerd is via lipidemodificaties, moeten GAPs eveneens aan het membraan worden gerekruteerd om Ras-GTP effectief te
hydrolyseren.
3
