Pathologie – Hoorcolleges
Tumoren
Tumoren ontstaan vanuit genetische schade die uit verschillende hoeken kan komen, waaronder door
omgevingsfactoren, erfelijke factoren, of door pechfactoren, waarbij spontaan random mutaties of
epigenetische veranderingen ontstaan. Die genetische schade wordt ondergebracht in vier grote
klassen genen: proto-oncogenen, tumor-suppressorgenen, apoptose genen en DNA repair genen.
Wanneer er mutaties optreden in deze genen, zal een cel getransformeerd worden en vervolgens
zullen de mutaties opstapelen. Die accumulatie van mutaties zal er uiteindelijk voor kunnen zorgen dat
er een (invasieve) tumor ontstaat. Kanker is dus een meerstaps proces, waarbij accumulatie van
multipele mutaties nodig is om tot een tumor te komen.
Wellicht het meest bekende voorbeeld van het feit dat carcinogenese een meerstapsproces is, is de
adenoma-carcinoma sequentie. Ongeveer 80% van de sporadische coloncarcinomen ontstaan via deze
sequentie, waarbij over het algemeen eerst altijd sprake is van dysplasie. Vanuit dysplasie zullen
adenomen (goedaardige poliepen) ontstaan in de darm, die uiteindelijk adenocarcinomen zullen
worden. Vandaar komt de naam van de adenoma-carcinoma sequentie. Het feit dat dit vrijwel altijd
op deze manier verloopt, komt door de accumulatie van meerdere mutaties.
Eigenlijk start het altijd met een functionele inactivatie van beide allelen van het APC-gen. Één allel kan
overgeëerfd worden of door een spontane mutatie geïnactiveerd worden. Later kan dan ook het
tweede allel geïnactiveerd worden door bijvoorbeeld epigenetische factoren of deleties, etc. Dit is dan
de second hit. Later ontstaan er nog meer mutaties (o.a. K-RAS mutaties, dus mutaties in proto-
oncogenen en mutaties in tumor-suppressorgenen, zoals p53) in verschillende volgorde (deze volgorde
is anders in iedere tumor). Kanker is dus een meerstapsproces waarbij de accumualtie van meerdere
mutaties nodig is om tot een invasieve tumor te komen.
Hallmarks: essentiële veranderingen die nodig zijn voor maligne transformatie van tumoren.
De hallmarks van kanker zijn:
1) Zelf-sufficiëntie in groeisignalen
2) Ongevoeligheid voor groeiremmende signalen
3) Ontwijken van apoptose
4) Ongelimiteerd groeipotentieel (immortaliteit)
5) Inductie van angiogenese
6) Invasieve groei en metastasering
7) Ontsnappen aan immuunrespons (nieuw in 2011)
8) Aangepast celmetabolisme (nieuw in 2011)
9) (Inflammatie) – bevorderend
10) (Genomische instabiliteit) – bevorderend
Ad 1: Zelf-sufficiëntie in groeisignalen
Een tumor moet dus zichzelf kunnen blijven aanzetten tot proliferatie (celgroei)
Oncogen: gemuteerd gen dat autonome groei van tumorcellen bevordert
Proto-oncogen: fysiologische (= (nog) niet-gemuteerde) tegenhanger van oncogen
Oncoproteïne: eiwitproduct van oncogen
Voor celproliferatie zijn er verschillende stappen. Meestal bindt er eerst een groeifactor aan een
receptor, wat leidt tot activatie van die receptor. Daardoor zullen signalen doorgegeven worden
binnen het cytoplasma naar de nucleus. Daar zullen transcriptiefactoren geactiveerd worden die dan
entry in de celcyclus stimuleren en op die manier celdeling induceren.
Er zijn verschillende oncoproteïnen die een rol spelen bij de zelf-sufficiëntie in groeisignalen:
, • Groeifactoren
• Groeifactor receptoren (vaak tyrosine kinase receptoren)
• Signaaltransductie eiwitten
• Non-receptor tyrosine kinases (= zelfde als tyrosine kinase receptoren, maar bevinden zich niet
in plasmamembraan, maar elders in cytoplasma)
• Transcriptiefactoren
• Cyclines en cycline-afhankelijke kinases die de entry in de celcyclus of progressie door de
celcyclus heen reguleren
Groeifactoren
Een ‘normale’ cel wordt gestimuleerd door proliferatie via signalen vanuit zijn omgeving, dus vanuit
cellen in zijn nabijheid (paracriene signalering).
Bij tumorcellen is dit echter anders. Die signaleren via autocriene signalering. Ze produceren hun eigen
groeifactoren en groeifactor-receptoren. Op die manier kunnen ze hun eigen vicieuze cirkel reguleren,
waardoor ze zelf kunnen blijven groeien. Een voorbeeld hiervan zijn glioblastomen, die continu
platelet-derived growth factor (PDGF) en de receptor hiervoor (=PDGF-R) produceren.
De toegenomen productie van groeifactoren op zich is echter onvoldoende voor maligne ontaarding.
Groeifactor-receptoren
Groeifactor-receptoren in deze context zijn tyrosine kinase receptoren. Hoe verloopt de signalering
hier?
Er bindt een ligand aan een receptor. Die receptor gaat dimeriseren en door die transiënte dimerisatie
zal er bij het intracellulaire domein van deze receptoren autofosforylering plaatsvinden. Dit leidt tot
activatie van de tyrosine kinase receptor. Vervolgens worden er downstream signaleringsmoleculen
geactiveerd.
In tumoren is het vaak zo dat de tyrosine kinase receptoren constitutief actief zijn. Dit betekent dat er
geen binding van een groeifactor vereist is, maar dat de receptor toch blijft signaleren, dus blijft
doorgeven dat de cel moet blijven groeien. Dit kan komen door mutaties, gen-
rearrangementen/translocaties of door genamplificaties.
Voorbeelden van constitutief actieve proto-oncogenen die coderen voor receptoren zijn:
• ERBB1 (EGFR): longcarcinoom (mutatie), glioom (amplificatie). De epidermale groeifactor
receptor 1 (EGFR1) is vaak gemuteerd bij het longcarcinoom.
• ERBB2 (HER2): mamma-, ovarium-, maagcarcinoom (amplificatie). HER2 is vaak geamplificeerd
in borsttumoren en op die manier wordt er veel meer van de receptor gemaakt, waardoor er
veel meer signalering is.
• PDGFRB: leukemie (mutatie)
• cKIT: gastro-intestinale stromacel tumor (mutatie)
• RET: MEN2A en MEN2B (mutatie)
• ALK-EML4 (translocatie): longcarcinoom. De ALK-EML4 translocatie: ALK is een tyrosine kinase
receptor waarvan het gen achter een microtubuli-geassocieerd eiwitgen komt te liggen. Dit
vormt een fusie-eiwit dat constitutief actief is.
Op drie verschillende manieren kunnen de receptoren actief blijven.
Voorbeeld: HER2-receptor bij borstkanker.
Bij circa 15% van de mammacarcinomen is er sprake van amplificatie en dus overexpressie van
HER2/ERBB2. Over het algemeen geeft deze overexpressie zonder behandeling een slechte prognose.
Maar er is een targeted therapy ontworpen met een monoklonaal antilichaam dat specifiek gericht is
tegen het extracellulaire domein van de HER2 receptor (→ Herceptin). Dit zorgt ervoor dat de receptor
niet meer kan dimeriseren en dat er dus vervolgens geen signalering meer naar de nucleus toe kan
gaan.
,Signaaltransductie eiwitten
Het meest bekende signaaltransductie eiwit is RAS. Wanneer een tyrosine kinase receptor geactiveerd
wordt, ligt vaak het RAS-eiwit aan de cytoplasmatische kant van het celmembraan. Wanneer RAS
geactiveerd wordt, zal het de MAPK-pathway activeren, met als gevolg celproliferatie.
Het RAS-eiwit heeft intrinsieke GTPase activiteit en zal dus zichzelf inactiveren met behulp van het GAP
(GTPase activating protein). Wanneer het GAP-eiwit niet meer goed werkt, zal RAS zichzelf niet meer
goed inactiveren. RAS blijft dan langer actief, met langdurige celproliferatie tot gevolg.
In tumoren zijn er twee mogelijkheden: RAS heeft een activerende mutatie of een GAP eiwit heeft een
inactiverende mutatie.
RAS-activerende mutaties komen voor bij ongeveer 15-20% van alle tumoren en worden vaak
waargenomen bij pancreastumoren en coloncarcinomen.
Een voorbeeld van een GAP is NF1 en inactiverende mutaties leiden tot neurofibromatosis type 1. Deze
mensen ontwikkelen over het algemeen goedaardige tumoren (die wel mogelijk maligne kunnen
worden) op de huid, ontstaan vanuit de zenuwen.
BRAF-activerende mutaties worden vaak gezien bij melanomen en bepaalde vormen van leukemie en
PI3K-activerende mutaties zijn vaak aanwezig bij bijvoorbeeld 30% van borsttumoren. PI3K wordt
negatief gereguleerd door PTEN (een tumorsuppressor-gen). Inactiverende mutaties in PTEN kunnen
dus ook de PI3K pathway stimuleren en dus leiden tot celproliferatie.
Mutaties die vaak gezien worden bij melanomen: cKIT (een tyrosine kinase receptor) mutaties, RAS
mutaties, BRAF mutaties, MAPK mutaties en PTEN mutaties. Tumoren hebben vaak mutaties in de hele
pathway om zoveel mogelijk de proliferatie te kunnen blijven stimuleren.
Non-receptor tyrosine kinase
Deze receptoren zijn in principe hetzelfde als tyrosine kinase receptoren, maar ze bevinden zich in het
cytoplasma in plaats van de celmembraan. Een voorbeeld hiervan is ABL.
Bij chronische myeloïde leukemie zie je vaak een translocatie tussen ABL en BCR. Chronische myeloïde
leukemie is een zeldzame vorm van leukemie met een enorme toename van witte bloedcellen en
thrombocyten. Wanneer bloed bijvoorbeeld wordt afgedraaid --> Normaal hoort het witte laagje in
het midden een dun laagje te zijn, maar dit is dan doorgaans meer. Dit toont hoeveel de witte
bloedcellen zijn gaan prolifereren. Dit komt vaak door de BCR-ABL translocatie.
Wat gebeurt er? Het ABL-gen ligt op chromosoom 9 en het BCR-gen ligt op chromosoom 22. Door een
translocatie komen die tegen elkaar aan te liggen en daardoor ontstaat een BCR-ABL hybride gen met
een hybride eiwit dat continu tyrosine kinase activiteit heeft en dus continu celproliferatie stimuleert.
Rechts in het plaatje zie je dit ook weer. ABL is rood aangekleurd en BCR is groen aangekleurd. Je ziet
dat in een normale situatie er gewoon twee kopieën van elk van deze genen aanwezig is, en dat deze
van elkaar af liggen. Maar bij een translocatie liggen het groene en rode signaal tegen elkaar aan te
liggen. Dit leidt tot het ontstaan van chronische myeloïde leukemie.
Transcriptiefactoren
De bekendste transcriptiefactor is MYC, dat op chromosoom 8 ligt. Bij het Burkitt lymfoom is er vaak
een translocatie van MYC en een zware keten van een immunoglobuline-gen. Dit leidt tot het ontstaan
van een fusiegen wat ervoor zorgt dat er meer MYC-eiwit wordt aangemaakt. Hierdoor wordt
celproliferatie meer gestimuleerd.
Het Burkitt lymfoom is een B-cel lymfoom dat voorkomt in centraal-Afrika, in Nieuw-Guinea. Het is
daar de meest voorkomende tumor bij kinderen. Het is een lymfoom dat vaak geassocieerd is met
Epstein-Barr virus infectie.
, Bij het Burkitt lymfoom wordt er dus meer MYC aangemaakt. MYC speelt niet alleen een rol bij celgroei,
maar ook bij upregulatie van telomerase en bij het ontstaan van stamcel-achtige karakteristieken.
Histologie --> Lymfeklieren bij Burkitt-lymfoom: Ze noemen het soms ook wel de ‘starry sky
appearance’, omdat je een donkere achtergrond hebt met daarin lichtere vlekken. Dit zijn gebieden
waarin apoptose heeft opgetreden en waarin fagocyten de apoptotische bodies aan het opruimen zijn.
Cyclines en cycline-afhankelijke kinases
De celcyclus wordt gereguleerd door binding van cyclines aan cycline-afhankelijke kinases (Cdk’s).
Cycline-CDK complexen fosforyleren cruciale eiwitten die van belang zijn voor de celcyclus (bv.
Retinoblastoma, of het RB eiwit).
Elke fase van de celcyclus wordt gereguleerd door specifieke cycline-CDK’s. De activiteit van CDK’s kan
geremd worden door CDKi’s (= CDK-inhibitors, bv: p16 (INK4) remt specifiek cycline D/CDK4 en cycline
D/CDK6 en hierin worden in tumoren ook vaak mutaties waargenomen).
Wat is de rol van cyclines en CDK’s in tumoren?
Translocaties en genamplificaties van de genen van cyclines en CDK’s kunnen leiden tot overexpressie
van bijvoorbeeld cycline D in mamma-, oesofagus- en levercarcinomen en lymfomen.
Amplificatie van CDK4 wordt vaak gezien bij melanomen, sarcomen en glioblastomen. Inactiverende
mutaties of deletie van CDKI’s (p16) zijn vaak aanwezig bij o.a. melanomen, pancreascarcinomen,
glioblastomen en leukemieën.
Dit alles kan je gebruiken voor het ontwikkelen van nieuwe therapieën. Er zijn bijvoorbeeld CDK6-
inhibitoren ontwikkeld voor de behandeling van gemetastaseerd melanoma.
Ad 2: Ongevoeligheid voor groeiremmende signalen
Tumoren hebben allerlei mechanismen om hun eigen groei te stimuleren, maar het is dan ook
belangrijk voor tumoren om ongevoelig te zijn voor groeiremmende signalen.
Tumorsuppressor genen hebben een rol bij de remming van celproliferatie. Er kunnen verschillende
producten van tumorsuppressor genen zijn:
• Transcriptiefactoren
• Remmers van celcyclus
• Signaaltransductie moleculen
• Celreceptoren
• Regulatoren van DNA schade
Voorbeelden van tumorsuppressor genen zijn: RB, p53, APC/β-catenine, BRCA1/2 en PTEN
Belangrijk om te realiseren is dat tumorsuppressor genen vallen onder de two-hit hypothese van
Knudson. Dit betekent dat er twee mutaties (hits) moeten zijn van beide allelen van het gen (→ beide
allelen moeten functioneel uitgeschakeld zijn) voor het ontwikkelen van een maligniteit.
Dit kan door mutaties zijn of door deleties of epigenetische modificaties (e.g. promoter methylering).
Er zijn twee mogelijkheden
1) Familiaire vorm: eerste hit in kiembaan (mutatie overgeërfd in één allel), tweede hit spontane
somatische mutatie gedurende het leven
2) Sporadische vorm: beide allelen aangedaan door somatische mutaties (twee hits) gedurende
het leven
Als je een erfelijke vorm van kanker hebt, waarbij er dus al één gemuteerd allel wordt overgeërfd,
ontwikkel je vaak op vroegere leeftijd al een maligniteit dan bij de sporadische vorm.
