HOOFDSTUK 1: WAT IS KANKER?
1.1. Celdeling als motor van ontwikkeling, groei en weefselhomeostase
* Multicellulaire organismen – Strikte groeiregulerende mechanismen
--> complexe signalisatie, groei en ontwikkeling organen binnen normale afmetingen, celaanmaak / celverlies
* Turnover van cellen: zeer snel (bv. epitheel dunne darm, hematopoëtisch systeem)
trager (bv. nieren, endocriene organen, endotheel)
geen (bv. zeer sterk gedifferentieerde weefsels zoals spiercellen en neuronen)
* Steady state >< verhoogde belasting: aanpassing aan wisselende situaties (bv. weefselschade) --> adaptief en reversibel
- hypertrofie = toename in volume van de individuele cellen (bv. skeletspierhypertrofie, hartspierhypertrofie)
- hyperplasie = toename van het aantal cellen in een bepaald orgaan (bv. neutrofiele leukocytose bij (bacteriële) infecties)
* Groeiregulatie: groeistimulerende en -inhiberende factoren
1.2. Neoplastische groei
* Kankercellen: gedisreguleerde, autonome groei, “anchorage-independent”
* Neoplasie = toename van het aantal cellen zonder fysiologische stimulus
--> berust op verworven verstoringen in groeistimulerende of -inhiberende processen (in principe irreversibel)
* Fouten in de regulatie van celdelingen leiden tot tumorgroei (mogelijk vanaf niveau van de stamcel)
(bv. verstoring in de celdeling in de basale laag van huidepitheel leidt tot huidkanker)
1.3. Invasief en metastatisch gedrag
* Belangrijke eigenschappen kankercellen: onbeperkte groei + irreversibiliteit
* Neoplasma/tumor/gezwel ontstaat bij ongecontroleerde proliferatie
* Goedaardige of benigne tumor: geen invasief gedrag
goedaardige groei = goede begrenzing (chirurgische ingreep kan tumor volledig verwijderen)
* Kwaadaardige of maligne tumor: cellen invaderen in omliggend weefsel + metastaseren
kwaadaardige groei = onregelmatige begrenzing + metastasen
* Invasie en metastasering
= meerstappenproces: loskomen – doorbreken basale membraan – invasie – lymfogene en hematogene metastasering
Invasie = directe migratie en penetratie van kankercellen in naburige weefsels
- cel-celinteractie tussen kankercellen daalt --> minder adhesiemoleculen (E-cadherinen)
- celmotiliteit stijgt --> chemoattractanten = moleculen die de kankercellen aantrekken
- aanmaak matrix-metalloproteïnasen stijgt = proteasen die extracellulaire matrix afbreken
! kankercellen moeten doorheen lamina basalis
Metastasering = mogelijkheid van kankercellen om in de bloedbaan te geraken, naar ver gelegen weefsels te migreren
en metastasen te vormen die fysisch niet verbonden zijn met de primaire tumor
! niet random, maar naar zeer specifieke sites --> “seed and soil” hypothese
(frequent t.h.v. longen, lever, bot <--> zelden t.h.v. spierweefsel, milt)
1.4. Selectie van tumorcellen
* Tumor begint met één cel --> deze ondergaat verschillende ronden van mutaties en natuurlijke selectie,
wat resulteert in een cel met andere fysiologische behoeften dan een normale cel --> zo ontstaat een dominante kloon
* Snelheid van de evolutie is afhankelijk van:
mutatiesnelheid, aantal cellen in de populatie, snelheid van reproductie en selectieve voordeel van de mutanten
* Verhoogde mutatiesnelheid + Genetische (in)stabiliteit
- geen herstel van DNA-schade en replicatiefouten
- karyotypische abnormaliteiten
! bijkomende mutaties kunnen voor meer agressieve varianten zorgen
HALLMARKS OF CANCER
= eigenschappen verworven tijdens meerstappenproces
die gewone cel transformeren tot kankercel
--> ontwikkelen van doelgerichte anti-kankertherapieën
Hanahan & Weinberg:
- 2000: 6 kenmerken die tumorontwikkeling en metastasering stimuleren
- 2011: 4 extra kenmerken = Hallmarks of cancer, the next generation
- 2022: 4 extra kenmerken = Hallmarks of cancer, new dimensions
worden verder besproken in komende hoofdstukken…
1
,1. Zelfvoorzienend in groeifactoren
- meest fundamentele kenmerk van kankercellen: vermogen om continu te blijven prolifereren
- normale cellen: prolifereren o.i.v. groeifactoren
<--> kankercellen: prolifereren vaak onafhankelijk van groeifactoren door defecten in de signaaltransductie
- verschillende manieren om vermogen tot onbeperkte proliferatie te bekomen:
zelf groeifactoren produceren --> autocriene stimulatie van proliferatie
kankercellen stimuleren normale cellen in tumor-geassocieerd stroma om groeifactoren te produceren
expressie van de receptorproteïnen stijgt --> hyperresponsief
constitutieve activatie van componenten in de downstream signaaltransductie
--> niet langer afhankelijk van ligand-gemedieerde activatie van de receptor
2. Ongevoelig voor groeiremmende signalen
- omzeilen van de geprogrammeerde beperkingen van proliferatie
- negatieve regulatie omzeilen:
vaak afhankelijk van tumorsuppressorgenen zoals pRB en p53 (zie verder)
regulatoire circuits beslissen of cel prolifereert of, zo niet, senescentie of apoptose activeert
3. Vermijden van celdood = geprogrammeerde celdood o.v.v. apoptose omzeilen
- apoptose: intrinsieke of mitochondriale pathway en extrinsieke of ‘death receptor’ geïnduceerde pathway
--> initiator-, regulatie- en executiefase
- Inductie van apoptose gebeurt normaal door:
p53 = belangrijke sensor van DNA-schade --> kan apoptose induceren via regulatie van o.a. NOXA en PUMA
onvoldoende signaling door overlevingsfactoren (bv. onvoldoende IL-3 in lymfocyten)
hyperactieve signaling door bepaalde oncoproteïnen (bv. MYC)
- Tumorcellen kunnen apoptose op verschillende manieren omzeilen:
verlies van p53
verhoogde expressie van anti-apoptotische regulatoren (bv. BCL-2, BCL-XL)
verhoogde expressie van survival factoren (bv. IGF1/2)
verlaagde expressie van pro-apoptotische regulatoren (bv. BAX, BIM, PUMA)
4. Onbeperkte celdeling
- normale cellen: slechts een beperkt aantal celdelingen t.g.v. twee barrières:
senescentie = irreversibele overgang naar viabele maar niet-prolifererende staat
crisis: leidt in meeste gevallen tot celdood
<--> bij kankercellen: immortalisatie
- telomeren: beschermen einde van de chromosomen (bestaan uit groot aantal tandem hexanucleotide repeats)
--> in niet-geïmmortaliseerde cellen: telomeren verkorten progressief bij elke celdeling en kunnen uiteindelijk
het einde van het chromosomale DNA niet meer beschermen tegen end-to-end fusions
--> deze fusions leiden tot instabiele, dicentrische chromosomen --> dit triggert “crisis” en kan tot celdood leiden
- telomerase = gespecialiseerd DNA-polymerase: voegt telomeer-repeats toe aan het einde van het telomerisch DNA
--> komt bijna niet tot expressie in niet-geïmmortaliseerde cellen
MAAR telomerase komt tot expressie in 90% van de geïmmortaliseerde cellen (inclusief kankercellen)
--> voorkomt verkorting van de telomeren bij celdeling --> maakt cellen resistent tegen zowel senescentie als “crisis”
5. Inductie van angiogenese = vorming van nieuwe bloedvaten uit bestaande bloedvaten
- neovascularisatie is nodig om te voorzien in O2 en voedingsstoffen + om metabole afvalproducten en CO2 af te voeren
- angiogenese komt voor bij wondheling, vrouwelijke cyclus
- in tumoren: “angiogene switch” --> constante stimulatie van angiogenese, veelal o.i.v. VEGF
--> vaak abnormale tumorvasculatuur!
6. Activatie van invasie en metastase
7. Genomische instabiliteit en mutaties
- verhoogde mutatiesnelheid, genetische (in)stabiliteit en ook epigenetische veranderingen (DNA-methylatie en histon-modificaties)
- p53 = bewaker van het genoom --> zeer frequent gemuteerd kankercellen
- vaak defecten in genen die waker over DNA: DNA-schade detecteren en herstelmechanismen activeren
direct herstel van DNA-schade
inactiveren van mutagene moleculen voor deze DNA-schade toebrengen
2
,8. Tumor-bevorderende inflammatie
- tumoren zijn vaak sterk geïnfiltreerd door cellen van zowel het innate als adaptieve immuunsysteem
- paradoxiaal effect: inflammatoire respons bevordert tumorigenese en progressie
vnl. cellen van het innate immuunsysteem betrokken
inflammatie zorgt voor aanvoer van bio-actieve moleculen zoals groeifactoren, overlevingsfactoren, pro-angiogene factoren
en enzymen die de ECM modificeren en zo angiogenese, invasie en metastase bevorderen
- komt soms al in vroeg stadium voor
- daarnaast kan immuunsysteem tumorcellen ook uitroeien ! (zie verder)
9. Herprogrammeren van energiemetabolisme
“Warburg effect”: aerobe glycolyse – metabole switch – vnl. glycolyse, ook in aanwezigheid van O2
- opregulatie van GLUT-1 en verscheidene enzymen van de glycolytische pathway
10. Ontwijken van immuunsysteem
- “immune surveillance” = herkennen en elimineren van kankercellen
- anti-tumorale immuunrespons
- bewijs dat immuunsysteem als barrière voor tumorgroei en progressie fungeert:
bepaalde immuundeficiënte muizen ontwikkelen sneller tumoren dan immuuncompetente muizen
klinische epidemiologie: patiënten met colonkanker of ovarium-kanker --> betere prognose wanneer ze sterk geïnfiltreerd zijn met CTLs
11. Fenotypische plasticiteit ontsluiten
12. Epigenetische herprogrammering
13. Belang van het microbioom
14. Senescente cellen
! Belang van tumor micro-omgeving
5. Hoe manifesteert kanker zich in een patiënt?
Klinische manifestaties van een gezwel
(gezwellen <--> leukemieën, OPM: lymfomen = kliergezwel of leukemisch uitgezaaide aandoening)
- afhankelijk van organen/locaties waar ze zich voordoen
- vaak lange tijd asymptomatisch (onopgemerkt) --> uitdaging voor preventieve geneeskunde (curatief)!
--> tumordetectiegrens = moment van optreden symptomen of detectie: gezwel wordt voelbaar, zichtbaar of detecteerbaar
(ervoor merkt patiënt nog niets – grens afhankelijk van de groeisnelheid van het gezwel --> weken tot jaren)
- gezwellen van huid of onderhuidse weefsels: soms palpabel (bv. mammacarcinoom)
- groei van gezwel in niet-expandeerbare ruimte (bv. schedelholte): leidt tot overdruk
(intracraniële overdruk = hoofdpijn, nausea + ook compressiesymptomen mogelijk: uitval van perifere en centrale zenuwbanen, neurologische uitval)
- groei in holle organen (bv. respiratoire, GI, biliaire, urogenitale tractus): bloedverlies, obstructiefenomenen
- gezwel kan functie orgaan belemmeren: skeletale aandoening --> botpijnen, pathologische fractuur
acute leukemie --> vatbaar voor infecties, bloedingen
darmlymfoom --> malabsorptie
longtumor --> hypoxie
intracraniële tumor --> karakterstoornissen
Benigne – dysplasie (premaligne of precancereus) – maligne
Benigne neoplasie: lijkt goed op weefsel waaruit ze ontstaan is, goed gedifferentieerd
Maligne neoplasie: kan goed, matig of slecht gedifferentieerd zijn
--> goed gedifferentieerd / slecht gedifferentieerd (cytologische parameters)
Dysplasie = uiting van weefselbeschadiging, maar nog geen tumorale transformatie
(bv. dysplasie van bronchusepitheel, barretmetaplasie van slokdarm)
Meeste kankercellen: afkomstig van 1 abnormale cel (zelfs metastasen)
Opsporen chromosomale afwijkingen --> nagaan of verschillende kankercellen afkomstig zijn van één tumor
(vb. chromosomale afwijking: philadelphiachromosoom bij CML (translocatie chromosoom 9 --> 22))
3
, HOOFDSTUK 2: ONCOGENEN & TUMORSUPPRESSORGENEN
Twee grote categorieën van genen belangrijk voor controle van celgroei, celoverleving en apoptose
! mutaties in deze genen leiden vaak tot maligne transformatie
Oncogenen = DNA bijmaken (onafhankelijk van groeifactoren)
- coderen info die toename van het aantal cellen bevordert
- gain of function mutaties: eiwit constitutief actief (bv. contant groei-stimulerende signalen uitsturen i.p.v. impulsen)
--> kan leiden tot buitensporige, onaangepaste celvermenigvuldiging: signaaltransductiepathway stijgt
- dominant op cellulair niveau: mutatie in 1 allel van het oncogen volstaat (one-hit)
- vroeger: “proto-oncogenen” (wildtype, niet-gemuteerd) worden “oncogenen” (gemuteerd)
<--> nu: “oncogen” voor zowel wildtype als gemuteerd gen
- minder overerfbare syndromen omdat gain of funtion mutaties in de kiemlijn vaak lethaal zijn
--> gedrag van cellen wordt dominant beïnvloed, meestal niet compatibel met normale ontwikkeling
(uitzondering: bij zeer milde ‘gain of funtion’ of bij oncogen dat maar heel selectief tot expressie komt)
Tumorsuppressorgenen = aanmaak DNA en het vermeerderen van cellen stilleggen (ongevoelig voor groeiremmende factoren)
- coderen info die toename van het aantal cellen afremt (TS beperken de groei via negatieve regulatie)
- loss of function mutaties: gen uitgeschakeld of geïnactiveerd in tumorcellen waardoor kankercel haar ‘remmen’ verliest
- recessief op cellulair niveau: inactiverende mutatie op 1 allel kan meestal gecompenseerd worden door normale activiteit
van het 2de allel waardoor het normale gedrag behouden blijft (inactivering van 1 kopie van TS-gen: geen abnormaal cellulair gedrag)
DUS inactivatie van beide allelen nodig om cellulair gedrag te wijzigen
! haplo-insufficiëntie: inactivering van 1 allel van een TS-gen wordt niet gecompenseerd door het overblijvende WT-allel
(1 functionele kopij aanwezig --> inactivering van 1 allel voldoende om te ontsporen)
- vaak geïdentificeerd via onderzoek naar overerfbare familiale kankersyndromen
2.1. Oncogenen: mechanismen van virale oncogenese
Peyton Rous (begin 20ste eeuw): seriële inoculatie van spiersarcomen* bij kippen
*sarcoom = kwaadaardige tumor afgeleid van mesenchymaal weefsel (zachte weefsels bv. vetweefsel of spierweefsel)
--> isoleerde sarcoom en maalde het fijn om m.b.v. een filter een celvrij filtraat te bekomen (geen tumorcellen meer)
--> na het celvrij filtraat in een gezonde kip te injecteren, ontwikkelde deze kip opnieuw een spiersarcoom
--> hypothese: kanker = viraal geïnduceerde ziekte: het roussarcoomvirus (RSV) is verantwoordelijk
voor de voorspelbare, infectieuze overzetbaarheid van het sarcoom
RSV behoort tot de acuut transformerende retrovirussen = retrovirussen die met korte latentietijd (relatief snel)
en hoge efficiëntie kanker kunnen veroorzaken in proefdieren (meestal gevogelte of knaagdieren)
--> RSV genoom bestaat uit klassieke retrovirale genen (gag, pol en env) en een viraal oncogen (sarc)
- gag --> virale coreproteïnen (capside)
- pol --> reverse transcriptase (zet RNA om in DNA)
- env --> eiwitten en lipiden van virale enveloppe
- sarc = viraal oncogen verantwoordelijk voor transformerende eigenschappen van RSV
--> sarc-eiwit induceert tumorale transformatie van de geïnfecteerde cel (zorgt ervoor dat sarcoom ontwikkelt)
Retrovirale cyclus:
viruspartikel infecteert gastheercel --> in gastheercel viraal RNA vrijgesteld en omgezet in DNA m.b.v. reverse transcriptase
--> dsDNA als pro-virus ingebouwd in DNA gastheercel --> transcriptie DNA en translatie RNA kopijen tot virale proteïnen
--> assemblage tot nieuwe viruspartikels die gastheercel verlaten en nieuwe cellen infecteren
! bij RSV infectie gebeurt ook translatie van RNA kopijen tot het sarc eiwit = extra aandrijving celproliferatie
waardoor ongecontroleerde groei van de geïnfecteerde gastheercel
4
