Samenvatting oncologie deeltentamen 2
Hoofdstuk 7 – Apoptose
Introductie
Apoptose is een actief ATP-afhankelijk proces. Apoptose
wordt ingezet bij:
− Ontwikkeling morfogenese
− Reguleren van cel-aantal
− Verwijderen van beschadigde cellen
− Negatieve en positieve selectie van lymfocyten
− Cytotoxisch effect (radio of chemo)
Verschil tussen apoptose
7.1 Moleculaire mechanismen van apoptose en necrose
Apoptose: georganiseerde gereguleerde celdood.
Caspasen: cysteïne-rijke specifieke proteasen die aspartaat ketens knippen van intracellulaire
eiwitten. normaal zijn ze inactief als procaspasen in de cel aanwezig, maar het knippen op de
aspartaat ketens maakt hen actief.
Initiator caspasen Caspasen 2, 8, 9 & 10
Effector caspasen Caspasen 3, 6 & 7
Inflammatoire caspasen Caspasen 1, 4 & 5
Andere betrokken eiwitten:
Bcl-2 familie eiwtten (zie de tabel):
− Inhibtors: Bcl-2, Bcl-XL
− Activators: Bax, Bid
C-Flip:
− c-Flip Short: inhibitor van de activatie van caspase 8
− c-Flip long: controversieel, kan zowel een inhibitor als inducer van apoptose zijn
IAP (inhibitors van apoptose eiwitten): cIAP1, cIAP2, XIAP
Intrinsieke pathway
1. DNA schade, cellulaire/oxidatieve stress leidt tot binding en activatie van bax door het BH3-
only eiwit Bid. Bax ondergaat conformatieverandering → vormt hetero
dimeer (met bak) homodimeer of oligodimeer (6-8 moleculen) op het
buitenmembraan van mitochondrium. Hier maakt het klein poriën in het
buitenmembraan (MOMP, mitochondria outer membrane
permeabilisation).
2. Cytochrome C en procaspase 9 worden vrijgelaten (uit de inter-
membraanruimte) aan het cytoplasma. Cytochrome C bindt met Apaf-1
(met dATP) en dit leidt tot vorming van een wielachtig heptameer
complex. Apaf-1 rekruteert via CARD domeinen procaspase 9 en zo
wordt het apoptosoom gevormd. Aggregatie van procaspase 9 leidt tot
vorming actief caspase 9
3. Caspase 9 (initiator) zet de caspase cascade (caspasen 3, 6 en 7) in
werking en dit leidt tot activatie van eiwit targets
Regulatie van intrinsieke pathway
IAP (inhibitor of apoptosis proteins): bindt en blokkeert caspasen
Smac/DIABLO: komen vrij uit het mitochondrium, gaat de competitie aan met
caspase-9 voor de IAP binding.
1
,Samenvatting oncologie deeltentamen 2
Extrinsieke pathway
1. Binding van ligand aan de death receptor: tumor
necrosis factor (TNF) of Fas ligand bindt aan de
death-receptor. Dit leidt tot een
conformatieverandering van receptor waardoor
homotrimeer wordt gevormd.
2. Conformatieverandering leidt ook tot blootstellen
van death domein. Dit vormt een interactie met
adaptor eiwit, zoals FADD (fas associated death
domein) of TRADD (TNF receptor associated death
domein). Adaptor eiwitten rekruteren Procaspase-
8 met hun death effector domein (DED).
3. Procaspase-8 ondergaat self-cleavage → actief
caspase 8 ontstaat (initiator caspase).
4. Caspase 8 activeert andere excecutioner caspasen
(caspase cascade ontstaat). Dit leidt tot het
knippen van specifieke eiwit targets die leiden tot
apoptose.
− DNase: knipt het chromatine tussen de
nucleosomen → DNA fragmenten van 180 bp ontstaan
− Lamins: leidt tot nucleiare krimping
− Actine en andere cytoskelet eiwitten, leiden tot herindeling van de cel.
**c-Flip: bindt aan caspase-8 of aan FADD via het death effector domein (DED) en inhibeert het
rekruteren en activeren van caspase-8.
***Death-inducing signaling complex (DISC): bevat de liganden, receptoren, adaptors en initiator
caspasen.
Samenwerking tussen beide pathways
Caspase 8, initiater van extrinsieke pathway, kan Bid van de intrinsieke
pathway activeren. Hierdoor activatie van bax en bak → apoptose via de
intrinsieke pathway.
P53 en apoptose
P53 is een tumorsupressor. Heeft invloed op apoptose via 2 manieren:
− Transcriptie dependent: P53 werkt als Transcriptie factor en induceert
transcriptie van onder andere PUMA (p53 upregulated modulator of
apoptosis), fas receptor, bax en bak. P53 kan ook de expressie van
anti-apoptotische factoren remmen (zoals bcl-2, bcl-xl en IAP).
− Transcriptie independent: p53 in het cytoplasma activeert bax. PUMA in het cytoplasma leidt
tot vrijlating van p53 van het bcl-xl, waardoor p53 actief wordt. P53 induceert
via bax de apoptose. **belangrijk bij een P53 mutatie bijvoorbeeld in het DNA
bindingsdomein, p53 kan dan nog wel werken.
*apoptose geïnduceerd via de death receptor is onafhankelijk van p53!
7.2 Apoptose en kanker
Er is een verschil in caspase activatie tussen de normale cellen en kanker cellen.
− Kanker cellen bevatten geactiveerde verwerkte caspasen die geinhibeerd
worden door geupreguleerd IAP.
− Normale cellen bevatten inactieve procaspasen die geactiveerd kunnen worden
door apoptotische signalen.
2
, Samenvatting oncologie deeltentamen 2
TRAIL receptoren
TRAIL receptor is een subfamilie van de TNF receptor. TRAILR1 en TRAILR2
(ook wel death receptor 4 en 5 (DR4 en DR5) hebben verschillende
sensitiviteit in kanker cellen en normale cellen. Het TRAIL ligand (TNF related
apoptose inducing ligand) induceert apoptose in veel kanker cellen door
FADD en caspase-8 te rekruteren.
Mutaties die leiden tot afwijkende apoptose
Anti-apoptotische eiwitten van bcl-2 familie kunnen functioneren als
oncogenen (door upregulatie)
Pro-apoptotische eiwitten van bcl-2 familie kunnen functioneren als tumor supressors (bij inhibitie)
Wat mutatie hoe Mutaties Kanker
pathway
Fas receptor Somatische UV (clustering fas extrinsiek Melanoma en SCC
mutatie death receptor)
Verlies caspase 8 Epigenetisch en extrinsiek Neuroblastoma en SCLC
mutatie
Geen interactie casp-8 en Leu62 deletie extrinsiek Vulva SCC
FADD
Caspase activatie UV intrinsiek
P53 pathway P53 mutatie Intrinsiek Solide tumor, leukemie, lymfoma
Bcl-2 overexpressie Translocatie Folliculaire lymfoma, diffuse large
t(14;18) of B-cel lymfoma
amplificatie
Inductie XIAP Intrinsiek en Prostaat- en long kanker &
extrinsiek (XIAP lymfoma en leukemie
remt caspasen
3,7 en 9)
Apaf-1 epigenetische inactivatie Metasterende melanoma
Autofagie
Bax mutatie Colon kanker
Het opeten van zichzelf. Is een recycle
Survivin Head and Neck kanker
mechanisme voor de cel waarbij
componenten en eiwitten van beschadigde organellen gedegradeerd moeten worden door
lysosomen. Cellen kunnen de producten van de degradatie gebruiken, bijvoorbeeld bij
uithongerende condities. Target eiwitten en organellen worden omgeven door autofagosoom
(dubbelmembraan) en deze fuseren met het lysosoom om vervolgens afgebroken te worden.
7.3 Apoptose en chemotherapie
Chemotherapie kan alleen succesvol zijn als cellen apoptose kunnen ondergaan. Chemotherapie
induceert primair DNA schade → intrinsieke apoptose pathway. Sommige chemo’s produceren TNF
→ extrinsic pathway.
Hallmark van cancer is dat de tumor de apoptose ontwijkt. Veel tumoren hebben een defecte
apoptose pathway en zijn hierdoor dus resistent tegen chemo. Het missen van een apoptotisch effect
als response op de extensieve DNA schade door de genotoxische drug levert de mogelijkheid voor
mutaties om te accumuleren → risico op carcinogenese neemt toe.
7.4 Apoptotische drugs
− Directe apoptose inducers
− Indirecte inhibitors van anti-apoptose eiwitten
3
, Samenvatting oncologie deeltentamen 2
Target TRAIL en TRAILR
TNF-related apoptose inducing ligand en zijn receptor als therapeutische strategie. Recombinant
TRAIL en TRAIL receptor agonist monoclonale antilichamen zijn bestudeerd maar niet succesvol,
doordat er downstream mutaties het effect blokkeren. **administratie van FAS en TNF hebben
hepatische toxiciteit laten zien!
Regulatie van Bcl-2 familie van eiwitten
a) Antisense RNA. Hybridisatie van antisense RNA aan het Bcl-2 mRNA leidt tot degradatie van
mRNA en een blokkade in de translatie. Is NIET goedgekeurd
b) Gebruikt van small moleculen om de anti-apoptotische moleculen te inhiberen. ABT-199
(venetaclax) BH3 mimetic bindt selectief aan Bcl-2 en remt hiermee de anti-apoptotische
activiteit!
c) Induceren van activiteit van pro-apoptotische moleculen: SAHA
(vorinostat) remt de HDAC (transcriptierepressor), hierdoor wordt
genexpressie van Bid gestimuleerd → apoptose. Vooral in (T-cel)
Non hodgkin lymfoma
Directe en indirecte activatie van caspasen
Direct: Small-molecule caspase activator:
− Procaspase 3 wordt geremd door intramoleculaire interactie,
bestaande uit 3 aspartaat ketens, de safety catch.
− Caspase-8 selective small molecule. Molecuul bindt direct aan
dimerizatie plek en induceert apoptose
Indirecte activatie; is veelbelovender.
− XIAP inhibitor: XIAP wordt in veel kanker overexpressed. Polyphenylureas leidt tot directe
verwijdering van XIAP inhibitie van caspase 3 en 7 (downstream caspasen). Ook IAP antisense
oligonucleotiden reduceren IAP mRNA.
− Smac mimetics: werken net als Smac en heffen de inhibitie door IAP op.
Hoofdstuk 8 - Kanker stamcellen en de regulatie van self-renewal en
differentiatie pathways
Soorten stamcellen
• Embryonic stamcellen (ES): afkomstig van blastocyst. Kan nog iedere type cel worden
• Hematopoietische stamcellen (HSC): stamcellen leveren de cellen uit het bloed. Is aanwezig in
beenmerg
• Stamcellen in volwassenen: HSC, haar follikels, borst en intestine stamcellen.
• Pluripotente stamcellen: stamcel die nog alle typen cellen kan worden, ES, iPS, NT-ES (nucleair
transfer ES
− iPS; induced pluripotente stamcel. Het gebruik van een gedifferentieerde cel (fibroblast)
wordt door transcriptiefactoren omgezet tot iPS. Deze kan dan weer een gedifferentieerde cel
vormen
− ES: embryonale stamcel. Afkomstig van het blastocyst stadium. Is pluripotent.
− NT-ES: nucleair transfer Embryonale stamcel: het DNA wordt uit een Eicel gehaald
(cytoplastische donor) en vervolgens injectie van het DNA van een andere cel.
Stamcellen en deling (self-renewal)
Er is asomatissche deling van de stamcel: bij de deling ontstaan er 2 dochtercellen uit 1 stamcel. 1
van de dochtercellen blijft een stamcel en behoud het stamcel fenotype (kan zich weer delen). De
andere dochtercel is pluripotent en zal zich differentiëren tot een bepaald celtype afhankelijk van de
signalen.
4
