Deze samenvatting is gebaseerd op collegejaar 2012-2013. Bekijk hier ons huidige aanbod.

Hoorcollege 1

Een primaire tumor ontstaat op een bepaalde locatie en is vaak goed behandelbaar. Een secundaire tumor ontstaat na metastase. De kankercellen van de primaire tumor verspreiden zich door het lichaam, waar door er ook op andere plekken tumoren ontstaan.. Een tumor ontstaat uit 1 cel. Deze cel is vaak een stamcelachtige cel. De kankercel ontstaat door een bepaalde mutatie, die ervoor zorgt dat een stamcel alleen maar dochtercellen produceert die zich niet differentiëren, maar alleen maar blijven delen. Deze cellen zijn pluripotent. Een andere optie is dat deze stamcel alleen maar stamcellen als dochtercellen produceert. Het gevolg is een ongeremde groei, waardoor een tumor ontstaat.
Er zijn twee soorten tumoren, goedaardige (= beligne) en kwaadaardige (=maligne). Het verschil daartussen is dat de kwaadaardige tumor in het omringende weefsels infiltreert en niet meer gelokaliseerd is. Behandeling is veel moeilijker, omdat de kankercellen door het lichaam worden verspreid via de bloedvaten en/of lymfevaten. Hierdoor ontstaan er op verschillende plaatsen tumoren. De weg naar een metastaserende tumorcel is als volgt. Eerst is het een beginnende, goedaardige tumorcel. Deze gaat zich veelvuldig delen, waardoor een goedaardige tumorcel ontstaat. Nu ontstaat er in een of meerdere cellen een mutatie waardoor ze door de basale lamina heen kunnen dringen. Zij produceren bepaalde enzymen die de basale lamina plaatselijk afbreken, waardoor de tumorcellen in het onderliggen weefsel kunnen infiltreren. Om zich verder te kunnen verspreiden moeten deze cellen in staat zijn hun junctions los te laten en moeten zich kunnen bewegen door het bindweefsel. Als dit het geval is kunnen deze cellen ook in debloedvaten of de lymfevaten infiltreren. Wanneer de kankercellen in staat zijn afweerreacties te ontwijken, kunnen zij zich op andere plaatsen in het lichaam vestigen. Er treedt extravasatie op, dit is uittreding van kankercel buiten de vaten en angiogenese (groei bloed –en lymfevaten). Hierdoor kan er een nieuwe tumor ontstaan op een andere plek.

Een tumorcel bestaat niet alleen uit kankercellen, maar daarnaast ook uit immuun cellen, fibroblasten (cancer assistent fibroblasts) en endotheelcellen. Deze gaan een interactie met elkaar aan binnen de tumor waardoor een zeer complex geheel ontstaat. Zo zorgen de fibroblasten in een tumor er voor dat er bloedvaten worden gevormd, zodat de kankercellen worden voorzien in voedingsstoffen en zuurstof. Ook onderdrukken zij het immuunsysteem.

Helaas zijn veel tumoren pas in een laat stadium te ontdekken. Er zijn al ongeveer 10⁸ cellen ontstaan (diameter ± 5 mm), voordat de tumor zichtbaar is in de X-ray. Vervolgens is een tumor bij ongeveer 10⁹ cellen voelbaar (diameter ± 20-50 mm) en al bij 10¹² cellen gaat de patiënt dood. Doordat tumoren pas in een laat stadium worden ontdekt, past men zeer agressieve therapieën toe, namelijk snijden, branden (radiotherapie) en vergiftigen (chemotherapie). Het grote nadeel is dat hierdoor ook goede cellen ook worden aangetast.
 

Ras: moleculaire schakelaar in signaaltransductie, waarbij GAP en GEF activerende en inactiverende aanknopingspunten zijn van Ras. Ras staat aan als GTP gebonden is, GEF helpt daarbij door GDP uit het Ras te halen, waardoor GTP kan binden. GAP stimuleert de afsplitsing van een fosfaatgroep, waardoor GTP verandert in GDP en Ras zo uitschakelt. Bij een gemuteerd Ras-eiwit blijft de schakelaar aanstaan door een blokkade bij de GTP-hydrolyse. Een geactiveerd Ras-eiwit activeerd een groot geheel aan cel processen die onder andere invloed hebben op het vesicle transport, de calcium signaalroute, overleving van de cel, deling en organisatie van het cytoskelet.

Kanker is een ziekte van signaaltransductie, zowel in tumorcellen als in omliggend weefsel. Er zijn verschillende mutaties in het DNA van cellen die zorgen voor het verlies van de functie van een bepaald eiwit of een overproductie van een bepaald eiwit. Beide kunnen de vorming van tumoren tot gevolg hebben. Mogelijke defecten in het DNA die leiden tot kankercellen zijn:

• Puntmutaties (gain-of-function of loss-of-function) voorbeeld: puntmutatie in Ras, zodat dit actief blijft.

• Amplificaties (gain-of-function) er is sprake van vermeerdering. meerdere kopieën van een bepaald gen aanwezig , waardoor meer eiwitten worden geproduceerd dan normaal.

• Deleties (loss-of-function) stukje van het gen voor een bepaald euwit verwijderd, waardoor deze niet meer goed geproduceerd wordt.

• Translocaties (gain-of-function, loss-of-function) stukjes chromosomen worden op de locatie van een ander chromosoom geplakt. Voorbeeld: het philadelphia-chromosoom: klein stukje van chromsomen 9 en 22 hebben gewisseld. Hierdoor wordt er een abnormaal fusie-eiwit geproduceerd .In dit geval ontstaat daardoor chronische myeloide leukemie, doordat de fusie het ABL-gen constant actief is.

• (De) –Methylering (veranderde genexpressie)

C-Myc gene (oncogenic transcription factor): Belangrijke transcriptiefactor bij embryonale ontwikkeling voor bijvoorbeeld de productie van stamcellen. Myc: transcriptiefactor die als het ware de stamcelstatus aanhoudt. Dit is bij kanker gereactiveerd.

Deleties vaak het ontbreken van tumorsurpressorgenen. Bij tumorsupressorgenen moet je beide allelen verliezen om het gen uit te schakelen. Wanneer een persoon al een gemuteerd gen van een bepaalde tumorsuppressor bezit, is zijn kans op kanker vergroot. Al zijn cellen bezitten namelijk al één gemuteerd gen. Er hoeft nu alleen maar een mutatie plaats te vinden in het nog goede gen, waardoor een tumor zal ontstaan. Deze mensen hebben dus een verhoogde kans op kanker.

Fusie-gen: een nieuw ontstaan gen, door menging van de genen, waardoor ook een nieuw eiwit ontstaat. Voorbeeld: BCR-ABL. ABL is tyrosine kinase die celdeling aan kan zetten. Normaal is er een stukje in het ABL-gen dat het tyrosine kinase domein remt. Door binding van BCR aan dat stukje, kan dit niet meer ABL remmen, waardoor tyrosine kinase aan blijft staan met continue celdeling als gevolg. Gleevec is een remmer van de kinase activiteit van BCR-ABL. Sommige andere kinases kunnen óók daardoor worden geremd, waardoor andere soorten kankers dan CML (chronic myeloid leukemia) aangepakt kunnen worden.
Een probleem van Gleevec is dat resistentie van BCR-ABL kan ontstaan door mutaties in de kankerstamcellen. Gleevec kan dan niet meer binden aan BCR-ABL. Een tweede remmer, allosterische remmer, wordt op een andere plek dan de active site toegevoegd.
Uitdagingen om kanker beter te kunnen behandelen:

• Kritieke verschillen vinden tussen tumorcellen en normale cellen

• Het tumorgedrag en interactie met andere cellen begrijpen

• Geschikte proefdiermodellen ontwikkelen die aansluiten bij de mens

• Moleculen ontwikkelen die specifiek tumorcellen aanpakken

• In elke patiënt oorzaak van de tumor vinden en aanpakken

Hoorcollege 2

Vormen van groei

• normale groei: van kind tot volwassene, normale cel vervanging en herstel van weefselschade.

• aangepaste groei: hypertrofie, hyperplasie, atrofie, metaplasie

• autonome groei: tumorgroei

Hypertrofie: een orgaan wordt groter doordat de individuele cellen groter worden. Dit kan het gevolg zijn van een fysiologisch aspect, zoals bij sporters, of van een pathologisch aspect, zoals vergroting van het hart bij een constant verhoogde bloeddruk.

Hyperplasie: toename van orgaanvolume doordat het aantal cellen groter wordt. Dit is bijvoorbeeld waar te nemen in de baarmoeder bij zwangerschap, de lymfeklieren bij ontsteking en het beenmerg bij een zware bloeding,

Atrofie: afname van celvolume door fysiologische of pathologische oorzaken. Dit kan het gevolg zijn van een fysiologisch aspect, zoals bij het verdwijnen van embryonale structuren, en van een pathologisch aspect, zoals malnutritie en denervatie.

Metaplasie: reversibele verandering van celtype, in principe om te veranderen in een celtype dat beter bestand is tegen de ontstane “stress-situatie”. Voorbeeld: door nicotine verandert cilindrisch epitheel in de bronchus in plaveiselepitheel. Distale oesophagus: o.i.v. maagzuur verandert het plaveiselepitheel in cilindrisch epitheel.

Autonome celgroei
Oncologie: Leer van tumoren (=gezwel)/neoplasmata

neoplasie: nieuwvorming

Niet alle vormen van kanker geven een tastbaar gezwel, bijvoorbeeld leukemie.

Niet alle tastbare zwellingen zijn vormen van kanker, bijvoorbeeld een ontsteking.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen goedaardige en kwaadaardige tumoren, Deze zijn door een aantal kenmerken van elkaar te onderscheiden,

Kenmerken van goedaardige tumoren zijn:

• scherp begrensd, meestal een kapsel

• groeien expansief: langzaam uitbreiden

• lage groeisnelheid

• zelden necrotisch

• goede differentiatiegraad. Differentiatie: in hoeverre lijkt het tumorweefsel nog op het originele weefsel? Slechtst gedifferentieerd: anaplasieonherkenbaar weefsel

• geringe cel/kern atypie

• geringe mitotische (=delings) activiteit

• niet destructief

• geen metastasen

kenmerken van kwaadaardige tumoren zijn:

• zijn onscherp begrensd en hebben meestal geen kapsel

• groeien infiltratief

• hebben een hoge groeisnelheid

• Zijn soms necrotisch

• hebben een matige tot slechte differentiatiegraad

• tonen sterke cel/kern atypie

• tonen hoge mitotische activiteit

pleomorfie/anisomorfie/polymorfie: veel variatie in kerngrootte en vorm.

polymorfie: verschillend van grootte
anisomorfie: verschillend van vorm

hyperchromasie: kernen zijn donkerder van kleur doordat er meer DNA is.
verandering van cel/cytoplasma ratio

nucleoli: normaal gesproken zijn nucleoli niet zichtbaar onder de lichtmicroscoop. Alleen bij weefsel dat veel RNA aanmaakt wel zichtbaar (veel celdeling dus).

Naamgeving tumoren

Tumoren worden genoemd naar het weefsel waar het uit ontstaat. Er wordt gekeken naar het celtype en de manier waarop die cellen samenhangen.

bind –of steunweefselgezwel

bind –en steunweefsel: bot (osteo-), kraakbeen (chondro-), bindweefsel (fibro-), vet (lipo-).

goedaardige groeiwijze: -oom

kwaadaardige groeiwijze: -sarcoom (bij bind –en steunweefsel) –carcinoom (bij epitheel)

Metastasering kan op verschillende manieren gebeuren

• direct via lichaamsholten, bijvoorbeeld bij ovariumcarcinoom

• lymfogeen, bijvoorbeeld mammacarcinoom

• hematogeen: via de bloedbaan naar andere plaatsen in het lichaam om daar verder uit te groeien

Goedaardige tumoren groeien niet invasief, dus groeit niet uit in het omliggende weefsel en is niet destructief, dus geen aantasting van omliggende structuren. Ze maken geen metastase en de naamgeving gaat meestal uit van het achtervoegsel –oom.

Uitzonderingen in naamgeving, namelijk wél maligne:

lymfoom: kanker in de lymfeklier

mesothelioom: kanker rond de longen

melanoom: kanker in melanocyten in plaveiselcellen. (nevus=goedaardige moedervlek)

huidtumoren: plaveiselcelcarcinoom, melanoom, basaalcelcarcinoom.

basaalcelcarcinoom ontstaat in het stratum basale en de cellen zijn pluripotent. Normaal gesproken groeien de cellen omhoog naar plaveiselcelepitheel. Uit de pluripotente cellen ontstaat het basaalcelcarcinoom, groei is omlaag in de vorm van adnexen.
Basaalcelcarcinoom bevat epitheliale velden, basaloide cellen: blauwige cellen die een rijtje vormen aan de rand van het tumorveld (=perifere pallisadering). Daarnaast ontstaan er rare splijtruimten om het tumorweefsel heen.

Basaalcelcarcinoom metastaseert niet, maar kan wel overal doorheen groeien. Het is wel een kwaadaardige tumor, maar van de huidtumoren het minst erg.

Samenvatting verplichte stof: Kanker

De mechanismen, die de vernieuwingsprocessen van de cel controleren kunnen fout gaan, waardoor de structuur van weefsel wordt aangetast. Kanker ontstaat door afwijkingen in het normale cel gedrag. Door een genetische verandering kan de cel ongecontroleerd delen en in leven blijven, terwijl dit eigenlijk niet moet. Ondertussen ontstaan er veel dochtercellen met dezelfde genetische verandering. Er ontstaat een uitbreidend gezwel van delende cellen, die het weefsel verstoort.

Kankercellen hebben twee karakteristiekeerfelijke eigenschappen:

1. Zij en hun nakomelingen delen zich ongecontroleerd;

2. Ze migreren naar andere weefsels en vormen daar nieuwe tumoren.
    

Het is de combinatie van deze eigenschappen die uiteindelijk letaal kan zijn. Als een cel alleen de eerste eigenschap heeft, ontstaat een gezwel door ongeremde deling. Dit gezwel blijft echter op een bepaalde plek. in het weefsel Het wordt daarom een goedaardige tumor genoemd, ofwel benigne. Goedaardige tumoren kunnen vaak met een chirurgische ingreep worden verwijderd.
Een tumor veroorzaakt alleen kanker als zowel eigenschap 1 als 2 aanwezig is. Dan kunnen dekankercellen zich uit zaaien naar andere weefsels. Cellen van kwaadaardige (maligne) tumoren breken los van de primaire tumor en verplaatsten zich via bloed- of lymfevaten naar andere delen van het lichaam. Hier vormen zij secundaire tumoren, ofwel metastasen. Hoe verder de kanker is uitgezaaid, hoe moeilijker het te behandelen is.

Er zijn veel factoren van invloed op het ontstaan van kanker. Veel van de factoren die kanker kunnen veroorzaken, komen uit de omgeving. De belangrijkste invloedfactor is het roken van tabak, wat niet alleen longkanker veroorzaakt maar ook de kans verhoogt op vele andere soorten kanker.

Kanker is hoofdzakelijk een genetische ziekte: het ontstaat als gevolg van pathologische veranderingen in de informatie, die gedragen wordt door het DNA. Het verschil met andere genetische ziektes is dat mutaties die kanker tot gevolg hebben vaak somatische mutaties zijn. Dat wil zeggen dat het mutaties zijn die ontstaan in individuele cellen van het volwassen lichaam. Kanker wordt meestal veroorzaakt door mutagenen: stoffen of straling die mutaties veroorzaken. Er isMaar ook zonder mutagenen kan kanker ontstaan, omdat mutaties ook spontaan voorkomen door fouten tijdens DNA replicatie en repair.
Er ismeer dan een enkele mutatie nodig om een normale cel in een kankercel te veranderen. Verschillende mutaties stapelen zich vaak geleidelijk op.Daarom komt kanker voornamelijk voor bij oudere mensen.

Veel menselijke kankercellen zijn genetisch instabiel, doordat bepaalde mutaties ertoe leiden dat DNA replicatie en repair niet goed verloopt. Er kunnen bijvoorbeeld fouten optreden in de replicatie-, repair-, controle- en checkpointprocessen van de celcyclus. Hierdoor ontstaan er sneller, steeds meer mutaties.

De mutaties die leiden tot kanker geven cellen een competitief voordeel boven andere cellen. Hierdoor kunnen cellen zich goed delen en verspreiden binnen een weefsel. Dit voordeel wordt veroorzaakt door verschillende eigenschappen van kankercellen:

1. Verminderde afhankelijkheid van signalen van andere cellen voor groei, overleving en deling. Vaak komt dit door mutaties in delen van de signaleringswegen. Een mutatie in het Ras gen zorgt bijvoorbeeld voor een permanent signaal voor celdeling, die normaal van buitenaf zou moeten komen.

2. Verminderde gevoeligheid voor apoptose. Door mutaties in genen die het intracellulaire dodingprogramma reguleren. Hierdoor kunnen de beschadigde cellen niet geprogrammeerd worden gedood. Het p53 gen is een deel van het checkpoint mechanisme dat het DNA op beschadigingen controleert. Normaal gesproken zorgt het ervoor dat een cel stopt met delen of dood gaat wanneer het DNA beschadigd blijkt. Wanneer p53 defect is, blijft de cel met beschadigd DNA delen en overleven.

3. Ongecontroleerde en eindeloze celdeling. De meeste cellen kunnen slechts een bepaald aantal keer delen voordat ze onwerkzaam worden, doordat telomeren te kort worden. Het enzym telomerase kan door mutaties de productie van telomeren stimuleren, waardoor de celdeling geen limiet heeft.

4. Genetische instabiliteit.

5. Abnormaal invasief, vaak door een gebrek aan moleculen die de cellen aan elkaar binden.

6. Deling en overleving in andere lichaamsweefsels. Normaal overleven cellen niet in vreemde weefsels, maar door mutaties kunnen ze zich daar ontwikkelen tot metastasen.

Bepaalde mutaties maken een bepaald eiwit hyperactief. Deze mutaties hebben een dominant effect: één gen moet gemuteerd zijn om problemen te veroorzaken. Het gemuteerde gen wordt dan oncogeen genoemd. De correspondeerde normale gen wordt proto-oncogeen genoemd. Mutaties kunnen proto-oncogenen veranderen in oncogenen.

Andere mutaties vernietigen de functie van het gen (een bepaald product kan niet worden gevormd. Hiervoor moeten wel beide allelen van het gen geïnactiveerd/aangetast zijn om effecten waar te nemen. Deze genen worden tumor suppressor genen genoemd..

Oncogenen en suppressor genen kunnen in vele verschillende soorten voorkomen afhankelijk van het gen dat aangetast is. Deze mutaties kunnen betrekking hebben op groeifactoren, receptoren, intracellulaire signaleringsstoffen, DNA-repair eiwitten, DNA schade controleurs (p53), regulatoren van de celcyclus of apoptose.

Hoe beter we kanker begrijpen, hoe beter we het kunnen behandelen. De behandeling van kanker is echter erg moeilijk, omdat kankercellen veranderlijk zijn door mutaties. Hierdoor kunnen zij snel resistentie ontwikkelen tegen bepaalde behandelingen. Daarnaast is elke soort kanker anders, omdat de mutaties random plaatsvinden. Dus één behandeling zal nooit alle kankergevallen kunnen behandelen. Als laatste wordt een kankergezwel vaak pas ontdekt wanneer het al een diameter van 1 cm heeft en zich al heeft uitgezaaid.

Tot nu toe is het wegsnijden van het gezwel de meest effectieve behandeling. De kanker moet dan niet uitgezaaid zijn. Een andere manier om tumorcellen te doden is radio- of chemotherapie. Hierdoor wordt DNA van vooral tumorcellen beschadigd. Met mogelijke nieuwe behandelingen hopen we meer effectieve behandeling voor kanker te verkrijgen.

Samenvatting verplichte stof: Neoplasie

Neoplasie betekent nieuwe groei. Tegenwoordig noemen we dit ook wel een tumor: abnormale en ongecontroleerde groei van het weefsel. Door genetische veranderingen blijven kankercellen delen en worden zij onafhankelijk van externe stimuli. Toch blijven tumoren afhankelijk van voeding en bloedtoevoer. Oncologie is de studie van tumoren en gezwellen. Een tumor is goedaardig wanneer deze zich niet verspreidt. Deze tumoren kunnen vaak chirurgisch verwijderd worden. Kwaadaardige tumoren worden gezamenlijk aangeduid als kanker. Deze tumoren kunnen zich verspreiden en daardoor andere weefsels aantasten. Wanneer kwaadaardige tumoren vroegtijdig ontdekt worden, kunnen zij vaak goed worden behandeld.

Met differentiatie wordt hier bedoeld in welke mate neoplastische parenchymcellen lijken op de overeenkomstige normale parenchymcellen. Goedaardige tumoren bestaan uit goed gedifferentieerde cellen, waardoor deze moeilijk te herkennen is al een tumor. Alleen de groei van deze cellen is karakteristiek voor neoplastische aard. Mitose verloopt normaal, maar komt erg weinig voor. Kwaadaardige tumoren worden gekarakteriseerd door vele verschillende gedifferentieerde neoplastische parenchym cellen: zowel sterk gedifferentieerd als helemaal niet gedifferentieerd. Goed gedifferentieerde kankercellen lijken normaal, waardoor ze niet goed herkend kunnen worden. Niet goed gedifferentieerde kankercellen noemen we anaplastisch. Het gebrek aan differentiatie gaat vaak samen met andere morfologische veranderingen: Pleomorfisme: De cellen van hetzelfde gezwel zijn niet gelijk in grootte en vorm.

• Abnormale nucleaire morfologie: De kern bevat soms meer chromatine. Daarnaast is de kern vaak vergroot en onregelmatig gevormd. De chromatine zijn geklonterd langs en membraan en er zijn grote nuclei aanwezig.

• Mitose: in tegenstelling tot goed gedifferentieerde tumorcellen komen er in ongedifferentieerde tumorcellen veel mitosen voor. Hierdoor is de proliferatie activiteit verhoogd. De mitose van kankercellen wordt vaak gekarakteriseerd door bizarre mitose figuren.

• Verlies van polariteit: de oriëntatie van anaplastische cellen is aanzienlijk verstoord. Ze groeien in een ongeorganiseerde structuur.

Metaplasie is het vervangen van een bepaald type cel door een ander type cel. Deze aanpassing gaat bijna altijd samen met weefselbeschadiging, reparatie en regeneratie. Het vervangende celtype is vaak meer geschrikt voor de veranderde omgeving.

Dysplasie betekent letterlijk ongeordende groei. Dit leidt tot verlies van uniformiteit van de afzonderlijke cellen in het weefsel. Dysplastische cellen vertonen veel pleomorfisme en vergrootte hyperchromatische kernen. Er komen meer, maar wel normale mitosefiguren voor. Dysplasie komt vaak voor in metaplastische epithelia.

Hoe meer een tumorcel gedifferentieerd is, hoe beter het weefsel zijn functie kan behouden. Zeer anaplastische cellen verliezen hun gelijkenis met de normale weefselcellen. Vaak daalt hierdoor de functionele activiteit van het weefsel.
 

De moleculaire basis van kanker

Carcigonese wordt veroorzaakt door op zichzelf niet dodelijke genetische schade. Dergelijke mutaties worden verkregen door milieu invloeden, zoals chemicaliën, straling en virussen. Mutaties kunnen echter ook spontaan ontstaan. Een tumor wordt gevormd door de uitbreiding van een precursor cel met genetische schade.

Normaal gesproken wordt de celgroei/deling gereguleerd door vier klassen regulerende genen. Deze genen zijn de voornaamste eiwitten die bij genetische schade lijden tot kanker:

• Groeibevorderende proto-oncogenen
  mutaties van proto-oncogenen zijn dominant, omdat één gemuteerd allel leidt tot transformatie ondanks de aanwezigheid van een normaal allel.

• Groei remmende tumor suppressor genen
  mutaties van tumor suppressor genen zijn recessief. Beide allelen moeten gemuteerd zijn om tot transformatie te leiden. Er zijn echter uitzonderingen: bij mutatie van één allel wordt soms de activiteit van de betrokken eiwitten verminderd. Hierdoor wordt cel proliferatie en overleving minder geremd. Verlies van gen-functie door beschadiging van een enkel allel noemen we haploinsufficiëntie. Hieruit blijkt dat er soms twee intacte allelen nodig zijn voor goede gen-functie.

• Genen voor geprogrammeerde celdood (apoptose)
  Deze genen kunnen zich gedragen als proto-oncogenen of als tumor suppressor genen.

• Regulerende genen voor DNA-herstel
  mutaties in DNA-repair genen leiden niet direct tot transformatie van cellen. Door deze mutaties neemt het vermogen om schade aan het DNA te repareren af. Hierdoor kunnen er wijdverbreide mutaties ontstaan en dus ook neoplastische mutaties.

Carcinogenese is een complex proces als gevolg van meerdere mutaties. Kwaadaardige tumoren worden gekenmerkt door: overmatige groei, het lokale invasieve karakter en het vermogen om metastase te vormen. In bepaalde perioden kunnen tumoren agressiever zijn. Dit verschijnsel wordt aangeduid as tumorprogressie. Verhoging van de kwaadaardigheid wordt veroorzaakt door meerdere mutaties die onafhankelijk accumuleren in verschillende cellen. Hierdoor ontstaan subklonen die verschillend groeien, uitzaaien en op therapie reageren. Tijdens deze progressie worden tumorcellen blood gesteld aan immune en non-immune selectiedruk. Sterk antigene cellen worden bijvoorbeeld vernietigd door het afweersysteem. Hierdoor blijven cellen in de groeiende tumor over die bedreven zijn in overleving, groei, invasie en metastase.

In de afgelopen jaren zijn veel kankergeassocieerde genen ontdekt. Deze hebben een specifieke functie die bij ontregeling bijdragen aan het ontstaan van maligniteit. De zeven belangrijkste veranderingen in een tumorcel zijn:

• Zelfvoorziening in de groeisignalen: tumorcellen kunnen groeien zonder externe stimuli, meestal door oncogen activatie.

• Ongevoeligheid voor groei-remmende signalen: tumorcellen reageren niet op moleculen die een remmende werking hebben op de proliferatie (zoals groeifactor β, en remmers van cycline-afhankelijke kinasen)

• ontwijking van apoptose: tumoren kunnen resistent zijn tegen geprogrammeerde celdood als gevolg van inactivering van p53 of activering van anti-apoptose genen.

• Onbeperkte replicatie potentieel: tumoren kunnen onbeperkt prolifereren en vermijden cellulaire veroudering.

• Steunen van angiogenese: tumorcellen kunnen ook niet groeien zonder vorming van vasculaire toevoer, zodat voedingstoffen en zuurstof kunnen worden geleverd en afvalstoffen kunnen worden afgevoerd.

• Vermogen om binnen te dringen en te metastaseren: kankercellen kunnen zich uitzaaien naar andere weefsels.

• Defecten in DNA-repair: tumoren kunnen DNA schade veroorzaakt door carcinogenen niet herstellen. Hierdoor ontstaat instabiliteit van genen. Doordat mutaties blijven voorkomen, ontwikkelen verschillende soorten cellen. Sommige varianten worden meer bedreven in het ontwijken van het afweersysteem en zijn daardoor agressiever.

Bovenstaande veranderingen worden gezien in kanker, maar de precieze pathways die aanleiding geven tot deze kenmerken verschillen. De mate van aanwezigheid van mutaties in kankergenen worden bepaald door de werkzaamheid van DNA-reparatie mechanisme en beschermeden mechanisme zoals apoptose. Ook senescentie (veroudering) blijkt een belangrijke barrière te zijn voor oncogenen proliferatie. Er zijn ook fysieke grenzen voor tumoren. Voedingstoffen en zuurstof moeten worden toegevoerd en afvalstoffen afgevoerd (angiogenese). Verder worden epithelia gescheiden van andere weefsels door een basaal membraan. Als de kanker wil uitzaaien moet deze extracellulaire matrix worden afgebroken.

Oncogenen

Oncogenen zijn genen die de autonome celgroei in kankercellen stimuleren. Hun nog ongemuteerde tegenhangers worden proto-oncogenen genoemd. Door mutaties in proto-oncogenen ontstaan oncogenen, waardoor de celgroei wordt gestimuleerd. De eiwitproducten van oncogenen zijn niet afhankelijk van externe groeisignalen. Hierdoor wordt de celgroei autonoom.

Onder normale omstandigheden verloopt de cel proliferatie als volgt:

1. De binding van een groeifactor aan een specifieke receptor.

2. Tijdelijke activatie van de receptor, die signaaleiwitten activeren in de cel.

3. Overdracht van het signaal richting de kern door een cascade van signaalmoleculen.

4. Activering van de transcriptie-regulatoren en synthese van celcyclus-eiwitten.

5. Voortgang van de celcyclus, resulterend in celdeling.

Proto-oncogenen reguleren cellulaire functies met betrekking tot groei en proliferatie. De eiwitten functioneren als: groeifactoren, groei-receptoren, signaaltransducers, transcriptie factoren of celcyclus-eiwitten. Mutaties zetten proto-oncogenen om in permanent actieve oncogenen.

Normale cellen hebben externe groeisignalen nodig om proliferatie te ondergaan. Deze groeisignalen worden door een bepaalde cel uitgescheiden on naburige cellen te stimuleren. Sommige kankercellen kunnen echter door een mutatie zelf de groeifactor waar zij op reageren, produceren (autocriene lus).
Vaker worden eiwitten die betrokken zijn bij de signaaloverdracht gemuteerd (zoals RAS). Hierdoor ontstaat over-expressie van groeifactorgenen in de cel. Veel oncogenen zijn groeifactorreceptoren. Meestal zijn dit transmembraaneiwitten die extracellulair aan een groeifactor kunnen binden en intracellulair een tyrosinekinase domein hebben. Normaal gesproken wordt het kinase tijdelijk geactiveerd en activeert deze door fosforylering verschillende signaalsubstraten. De gemuteerde receptoren leveren continu signalen, zelfs zonder aanwezigheid van een groeifactor. Groeifactor-receptoren kunnen in een tumor constant geactiveerd worden door verschillende mechanismen, zoals mutaties, overexpressie en gen-herschikking.

Cytoplasmatische Signaaleiwitten

Signaaleiwitten in de cel nemen signalen van receptoren over en brengen deze over naar de celkern. Een belangrijk signaaleiwit is de RAS familie van guanine-trifosfaat G-eiwitten. Een puntmutatie in het RAS gen is de meest voorkomende afwijking in tumoren. RAS wordt geactiveerd door binding van een groeifactor aan een receptor in het plasmamembraan. Hierdoor wordt GDP (inactief) vervangen door GTP (actief). Normaal gesproken kunnen de RAS-eiwitten vervolgens weer overschakelen naar een inactieve stand door fosforylering van GTP. Geactiveerd RAS stimuleert een cascade van proliferatie regulatoren.

De cyclus van het RAS eiwit is dus afhankelijk van twee reacties:

• vervanging van GDP door GTP  RAS wordt actief

• omzetting van GTP in GDP door hydrolyse  RAS wordt inactief

Deze twee processen worden gereguleerd door andere eiwitten. Het vervangen van GDP door GTP gebeurt door Guanine nucleotide-releasing eiwitten (GAP). GTPase stimuleert de omzetting van RAS naar inactieve vorm.

Puntmutaties verminderen de GTPase activiteit van RAS. Een gemuteerd RAS eiwit blijft hierdoor actief, omdat GTP niet omgezet kan worden in GDP.

Non-receptoren tyrosinekinasen

Mutaties die oncogenen activiteit veroorzaken, komen ook voor in non-receptoren tyrosinekinasen. Deze tyrosinekinasen reguleren normaal gesproken de pathways die celgroei reguleren. Bepaalde mutaties, chromosomale translocaties en gen-herschikkingen maken deze tyrosinekinasen constant actief. Hierdoor krijgt de cel een verhoogde kinase activiteit. Daarnaast kunnen er mutaties optreden in domeinen, die normaal gesproken de activiteit in bedwang houden. Ook hierdoor ontstaat een verhoogde activiteit van het kinase.

Transcriptie factoren
Veel van bovengenoemde pathways resulteren uiteindelijk in het activeren van transcriptiefactoren, die de transcriptie van bepaalde groeibevorderende genen reguleren. Transcriptie factoren bevatten een specifieke aminozuursequentie, waardoor zij in staat zijn om met genen in het DNA te binden. Tumoren kunnen ontstaan ten gevolge ven mutaties in deze transcriptiefactoren.

Cycline afhankelijke kinase

Door groeibevorderende stimuli worden cellen uiteindelijk opgenomen in de celcyclus. Tumoren kunnen autonoom groeien als celcyclus-reguleerden eiwitten ook gemuteerd zijn. De fase overgangen in de celcyclus worden gereguleerd door cycline afhankelijke kinase (CDKs). De CDK-cycline complexen activeren eiwitten die cruciaal zijn voor een bepaalde fase. Vervolgens neemt de concentratie cycline weer snel af. Door mutaties in cycline en CDKs wordt de cel proliferatie bevorderd.

Cycline activeren CDKs, terwijl hun inhibitoren (CDKIs) de CDKs inactiveren. De familie van CDKIs bestaat uit drie eiwitten: p21, p27 en p57. Deze remmen CDKs. De INK$ familie bestaat uit p15, p16, p18 en p19. Deze hebben effect op cycline. Expressie van deze remmers, beïnvloed de voortgang van de celcyclus. Mutatie van deze genen kan ertoe leiden dat de celcyclus niet meer geremd kan worden.

Twee belangrijk checkpoints in de celcyclus zijn: de G1/S overgang en de G2/M overgang. Bij de G1/S overgang wordt gecontroleerd of er geen DNA-beschadigingen aanwezig zijn. Als er schade aanwezig is, wordt de celcyclus vertraagd, zodat de schade gerepareerd kan worden. Als de schade niet herstelt kan worden, wordt de cel aangezet tot apoptose. Door deze checkpoint wordt voorkomen dat beschadigd DNA wordt gerepliceerd. Het G1/S checkpoint wordt gereguleerd door p53 die de celcyclus inhibitor p21 synthetiseert. De G2/M overgang controleert de voltooiing van DNA-replicatie.

Defecten in celcyclus componenten zijn belangrijke oorzaken van genetische instabiliteit van kankercellen.

Tumor suppressor genen

Het falen van groeiremmers is één van de basis veranderingen in het proces van carcinogenese. Enerzijds drijven oncogenen de proliferatie van cellen aan, anderzijds remmen tumor suppressor genen dit proces. Deze tumor suppressoren, zoals p53 en RB, herkennen genotoxische stres en remmen vervolgens de proliferatie. Uiteindelijk kunnen deze pathways de cel aanzetten tot apoptose. Wanneer suppressor genen worden gemuteerd, kan dit leiden tot het ontstaan van kanker.

Afwijkingen in het RB-eiwit ontstaan wanneer beide allelen zijn aangetast. Normaal gesproken activeert het RB-eiwit een nucleaire fosfor-eiwit, dat belangrijk is voor de regulatie van de celcyclus. RB is van belang voor de G1/S checkpoint. In rustende cellen in RB actief door hyperfosforylering (veel fosfaat). Het kan binden aan E2F-transcriptiefactoren. Dit complex met histonen bindt aan de promotor, waardoor transcriptie niet kan plaatsvinden. Hierdoor wordt proliferatie geremd. RB wordt inactief door hypofosforylering (weinig fosfaat gekoppeld) na activering van CDKs. E2F komt hierdoor vrij en bindt aan het DNA. Hierdoor wordt transcriptie geactiveerd en wordt de proliferatie niet langer geremd. Door mutaties in RB kunnen E2F-transcriptiefactoren altijd binden aan het DNA en wordt de transcriptie niet meer geremd.

Het p53 gen is het meest voorkomende doeleiwit van mutaties in tumoren. Beide allelen moeten gemuteerd raken om tot een kwaadaardige tumor te kunnen leiden. P53 werkt als een controle eiwit die verspreiding van genetische schade voorkomt. Het is een transcriptiefactor die reageert op DNA-beschadigingen. P53 voorkomt neoplastische veranderingen door drie mechanisme:

• Activering van tijdelijke rust in de celcyclus

• Inductie van permanente rust. De cel verlaat de celcyclus (veroudering = senescentie).

• Aansturen van geprogrammeerde celdood (apoptose).

Bij DNA-schade wordt p53 geactiveerd als transcriptiefactor. Dit leidt tot de transcriptie van vele genen, die de cel in een rustfase brengen of tot apoptose aansporen. De transcriptie van het eiwit p21 remt cycline-CDK complexen en remt de fosforylering van RB. Hierdoor komt de cel in een kleine pauze om het DNA te herstellen. De transcriptie van andere eiwitten stimuleren repair-pathways. Wanneer het DNA hersteld is, neemt de concentratie p53 af en kan de cel verder in de celcyclus. Wanneer reparatie niet lukt, ondergaat de cel permanente rust (veroudering) of apoptose.

Verlies van de functie van p53 leidt ertoe dat DNA-schade niet gerepareerd wordt. Hierdoor gaan mutaties zich ophopen en blijven cellen zich delen ondanks de schade. Dit leidt tot kwaadaardige tumoren.

APC/β-catenine route

APC en β-catenine zijn componenten van de WNT-signaalroute. In rustende cellen vormt β-catenine een complex met APC. Dit leidt tot afbraak van β-catenine, waardoor de concentratie verlaagd wordt. WNT-moleculen binden aan receptoren in het plasmamembraan. Hierdoor worden de APC/ β-catenine complexen uit elkaar gehaald. De concentratie β-catenine stijgt in het cytoplasma en β-catenine wordt naar de kern gevoerd. Hier bindt het aan transcriptiefactoren, waardoor uiteindelijk eiwitten voor celcyclusprogressie worden gesynthetiseerd.

Wanneer APC gemuteerd of afwezig is, kan de vernietiging van β-catenine niet optreden. De cellen gedragen zich daardoor alsof ze constant gestimuleerd worden door de WNT-route. Er vindt constant proliferatie plaats.

Apoptose

Apoptose is een reactie op verschillende aandoeningen aan cellen, die kunnen leiden tot disfunctie of maligniteit. In kankercellen wordt de apoptose bemoeilijkt, omdat deze cellen minder gevoelig worden voor apoptose-signalen. Daarnaast kunnen er mutaties zijn in eiwitten die apoptose aansturen (p53).

Er zijn twee programma’s die apoptose kunnen activeren.

• Extrensieke pathway
  geactiveerd door externe signaalmoleculen die binden aan een doodreceptor.

• Intrensieke pathway
  geactiveerd door stress die ontstaat na DNA-schade. Onder invloed van p53.

Belangrijk voor apoptose zijn de pro-apoptotische eiwitten BAX en BAK. Deze stimuleren direct de permiabilisatie van het buitenste mitochondriale membraan, er worden poriën geopend, waardoor cytochroom c in het cytosol lekt. Hierdoor wordt caspase 9 geactiveerd. De zustereiwitten van BAX/BAK, namelijk BCL, remmen de activiteit van BAX en BAK.

Sommige tumoren voorkomen apoptose door het remmen van caspase 9 met IAPs. Daarnaast komt het voor dat caspase helemaal niet geactiveerd kan worden.

Telomerase

Normale cellen kunnen 60 tot 70 keer verdubbelen. Daarna worden zij uit de celcyclus gehaald en worden zij senescent. Dit proces wordt veroorzaakt door de verkorting van de telomeren, te korte telomeren worden herkend door DNA-repair eiwitten, waarna de celcyclus wordt gestopt. Tumorcellen ontwijken deze celveroudering. Het enzym telomerase is extra geactiveerd, waardoor de DNA telomeren constant verlengd kunnen worden.

Angiogenese

Tumoren kunnen niet groter dan 1 tot 2 mm worden zonder dat zij gevasculariseerd worden, De tumorcellen hebben aanvoer van voedingstoffen en zuurstof nodig en afvoer van afvalstoffen. Kankercellen kunnen neo-angiogenese stimuleren, waardoor nieuwe bloedvaten worden gevormd in het gezwel. Deze angiogenese is later van belang voor metastase.

Metastase

Invasie en metastase zijn kenmerkend voor kwaadaardige tumoren. Zij zijn de belangrijkste oorzaak vaan kanker-gerelateerd overlijden. De metastase kan worden ingedeeld in twee fase:

• Invasie van de extracellulaire matrix
  weefsels zijn van elkaar gescheiden door een extracellulaire matrix, het basaalmembraan en de bindweefsel laag. Tumorcellen moeten interacties aangaan met deze lagen om naar andere weefsels te komen. Hierbij wordt de extracellulaire matrix deels afgebroken door enzymen die de tumor uitscheidt (protease) Vervolgens verplaatsen de tumorcellen zich door de afgebroken extracellulaire matrix.

• Verspreiding via bloedvaten, lymfe of lichaamsholten.
  binnen de circulatie hebben tumorcellen de neiging om samen te klonteren. Dit verhoogt de overleving van de tumor. De plaats waar de circulerende tumor zich vestigt, hangt af van de plaats van de primaire tumor. Metastasen uit de prostaat vestigen zich bijvoorbeeld vaak in het bot.

Moleculaire basis van multistep carcinogenese

Kanker ontstaat dus door langdurige opeenvolging van mutaties. De mutatie van APC gebeurt vroeg in het proces en verlies van p53 treedt later op. De timing van andere wijzigingen is variabel. Verschillende mutaties zijn nodig om de totale eigenschappen van een tumorcel te verkrijgen.