Kanker - Van research tot patiënt_2021_voorbeeldhoofdstuk

Het ontstaan van kanker

… of hoe kanker ontstaat als een cel in het lichaam ontspoort.

Filip Lardon

1 Kanker: een ziekte van de cel

Zoals uit de inleiding bleek, toonden de wetenschappelijke ontwikkelingen aan dat kanker een ziekte van de cel is. Om kanker te kunnen begrijpen is het daarom noodzakelijk om perfect te weten hoe een cel functioneert.

Een cel is een ‘functionele eenheid’. Daarmee bedoelen we dat een cel op zichzelf kan bestaan en zodanig opgebouwd is dat ze kan leven, groeien, delen, bewegen, energie leveren, communiceren met andere cellen en nog een aantal andere functies kan uitoefenen. Vandaar de term ‘functionele’ eenheid. Bij kanker loopt er iets ernstig mis met enkele functies van een cel, waardoor een kankercel ontstaat, die later kan uitgroeien tot een tumor. Als we willen begrijpen hoe een dergelijke kankercel van een normale, gezonde cel verschilt, moeten we de normale cel als ‘functionele eenheid’ nog iets meer in detail bekijken.

1.1 De cel als functionele eenheid

Met hoogtechnologische technieken zoals elektronenmicroscopie kunnen we de cel bestuderen tot in de kleinste details, zowel vanbuiten als vanbinnen. Zo leren we dat de cel bestaat een soort miniorganen of celorganellen. De functies van deze organellen zijn onder andere energie creëren, bouwstoffen aanmaken en stoffen opnemen of uitscheiden.

cel chromosoom opgerold DNA

celkern

Figuur 1 De cel met celkern en DNA

Elke cel bevat ook een celkern, waarin zich het genetische of erfelijke materiaal of DNA bevindt. Welbepaalde delen DNA die samen instaan voor belangrijke eigenschappen noemen we genen. Genen zijn uiterst belangrijk voor de goede werking van een cel, een weefsel, een orgaan, een stelsel en een lichaam. Een gen bevat de opdracht voor het aanmaken van een bepaald soort eiwit. Menselijke cellen bevatten ongeveer 25 000 genen in het DNA. Het DNA is op een complexe manier heel compact opgerold in chromosomen, waarvan er 46 in de kern van een menselijke cel aanwezig zijn. Een zeer intrigerend wetenschappelijk gegeven is dat wij, vertrekkend van één (bevruchte) eicel, als een volgroeid lichaam aan ongeveer 40 000 miljard cellen komen.1 Er moeten

1 Een groep van Europese wetenschappers (her)berekende in 2013 via biologische en mathematische methoden dat een menselijk lichaam bij benadering 3,72 x 1013 cellen bevat (An estimation of the number of cells in the human body, E. Bianconi et al., Ann Hum Biol, 2013; 40(6): 463–471).

Het ontstaan van kanker

tijdens de ontwikkeling zeer veel cellen aangemaakt worden. Maar ook als volgroeid individu moeten er blijvend cellen geproduceerd worden. Cellen in een lichaam hebben een beperkte levensduur en moeten voortdurend vervangen worden. Rode bloedcellen bijvoorbeeld, die voor het zuurstoftransport in het bloed zorgen, hebben een levensduur van ongeveer 120 dagen en worden in groot aantal vernieuwd; elke seconde maakt het lichaam ongeveer 2,5 miljoen nieuwe rode bloedcellen aan.

1.2 De celdeling

De motor achter deze groei en ontwikkeling is de celdeling, een mechanisme dat continu werkzaam is in het lichaam. De celdeling zorgt ervoor dat een cel (moedercel) zich kan opsplitsen in twee nieuwe cellen (dochtercellen), die identiek zijn aan de moedercel, ook wat betreft celorganellen en DNA. Dat betekent dat de moedercel eerst al haar DNA en cellulaire bestanddelen volledig correct moet overschrijven om het daarna te kunnen verdelen over de twee nieuwe dochtercellen.

moedercel dochtercellen

Figuur 2 De celdeling

In normale weefsels is de celdeling zeer strikt gecontroleerd via intrinsieke en externe factoren. Bijvoorbeeld, wanneer een infectie optreedt in een lichaam, zullen de witte bloedcellen veel meer en sneller delen, zodat ze in aantallen stijgen en zo beter kunnen instaan voor de afweer. Cellen kunnen ook geremd worden in het delingsproces, als er bijvoorbeeld op een bepaald moment voldoende van een bepaald type cellen voorhanden is (dit wordt verder besproken). Sommige intrinsieke factoren worden ook bepaald via nauwkeurige cel­cel contacten met naburige cellen. Op deze manier wordt de architectuur en grootte van weefsels en organen gereguleerd al naargelang de noden van een organisme.

De celdeling is geen eenvoudig proces. Wetenschappers hebben jarenlang onderzoek verricht naar het celdelingsmechanisme en hebben dat systeem intussen mooi in kaart gebracht. Daaruit blijkt dat de cel ontelbaar veel processen met veel ingebouwde controlemechanismen doorloopt, zodat de DNA­verdubbeling en celdeling feilloos kunnen verlopen. Dat gebeurt miljoenen keren per seconde in het lichaam. Het is belangrijk dat dit zonder fouten gebeurt. Want als er bepaalde DNA­delen foutief overgeschreven worden, komen er in de dochtercellen defecte genen terecht wat vaak erg nadelige gevolgen voor het weefsel, het orgaan of het lichaam creëert. Precies daarom zijn er controlemechanismen ingebouwd, die de verdubbeling van het DNA zorgvuldig nakijken voor het DNA over de twee dochtercellen verdeeld wordt.

De celcyclus

Het cyclische proces van celdeling en groei, tot de volgende celdeling wordt ook de celcyclus genoemd. Deze cyclus is verdeeld in vier verschillende fasen die in een welbepaalde volgorde en in een welbepaald tijdsinterval verlopen. De fasen die geassocieerd zijn met DNA­synthese (S­fase) en mitose (M­fase) worden gescheiden door twee fasen met variabele lengte: de G1­fase vóór S en de G2­fase vóór M.2 Tijdens de G1­fase wordt de cel voorbereid op DNA­synthese, tijdens de G2­fase worden de nodige voorbereidingen voor de finale celdeling getroffen. Als een cel volledig in een rusttoestand belandt, verlaat ze op een reversibele manier de eigenlijke celcyclus en komt ze in de zogenaamde G0­fase terecht.

De initiatie van een bepaalde celcyclusfase kan pas plaatsvinden als de vorige fase volledig werd afgewerkt. Om dit te kunnen bewerkstelligen, zijn in de G­fasen van de normale celcyclus zogenaamde ‘checkpoints’ ingebouwd. Dit zijn uitermate belangrijke aspecten in het proces van de celcyclus die nagaan of het verloop van de vorige fase volledig correct verliep.

De belangrijkste proteïnen in het complexe geheel van de celcyclus zijn ‘cyclines’ en ‘cycline­afhankelijke kinasen’ (cyclin­dependent kinases, CDKs). Cyclines worden gesynthetiseerd op een celcyclusafhankelijke manier en functioneren als regulatoire subunits voor een constant aanwezige hoeveelheid CDKs. Een derde groep van factoren die van belang zijn in de celcyclus zijn de ‘CDK­inhibitoren’ (CDKIs).

2 De G staat voor ‘gap’, wat ‘leemte’ betekent. Vroeger dacht men dat het doelloze leemte was tussen de S- en M-fasen, maar vandaag is duidelijk dat tijdens deze G-fasen heel wat levensnoodzakelijke controle- en voorbereidingsprocessen actief zijn.

Figuur 3 De celcyclus

Er zijn verschillende cyclines, CDKs en CDKIs. Elk cycline heeft zijn uniek expressiepatroon doorheen de celcyclus. Nadat de synthese van cyclines in gang werd gebracht, accumuleert de hoeveelheid cycline tot het bindt aan een welbepaalde CDK, dewelke steeds in dezelfde hoeveelheid aanwezig is doorheen de celcyclus. De activiteit van het cycline­CDK­complex wordt vervolgens gereguleerd door een proces van fosforylatie en defosforylatie3 en door eventuele binding met CDKIs. Het actieve cycline­CDK­complex kan op zijn beurt een breed spectrum van structurele proteïnen en transcriptiefactoren fosforyleren die in het vervolg van de cascade bepaalde processen in gang zetten. Onmiddellijk hierna wordt het cycline afgebroken zodat de trigger niet onnodig aanhoudt.

Enkele voorbeelden van belangrijke celcyclusproteïnen

Drie opmerkelijke celcyclusproteïnen willen we speciale aandacht geven, omdat ze een belangrijke rol spelen in de celcyclus en tevens betrokken kunnen zijn bij kankerontwikkeling. Het gaat om cycline D, pRb en p53 (zie figuur 3).

1 Cycline D ontstaat meestal na de binding van een groeifactor op een receptor op de cel (die de cel uiteindelijk zal doen aanzetten tot deling). Na voldoende accumulatie van cycline D, bindt het aan CDK4 of CDK6, dat al aanwezig was in de cel. Deze binding is noodzakelijk om actief te worden; het complex zet een volgende stap in gang, namelijk de fosforylatie aan een ander proteïne, pRb.

3 Fosforylatie wil zeggen dat een fosfaatgroep zich (in dit geval op een ander proteïne) bindt. Defosforylatie betekent het ontbinden van die fosfaatgroep. Fosforylatie en defosforylatie zijn veelvoorkomende processen in de celfysiologie en worden vaak gebruikt om het betrokken proteïne te activeren of te deactiveren.

2 pRb controleert de start van de DNA­synthese. Die functie is niet eenvoudig en vereist iets meer toelichting. Om de DNA­synthese in te zetten is de transcriptiefactor ‘E2F’ noodzakelijk. Tijdens de vroege G1­fase zorgt de niet­ gefosforyleerde vorm van pRb voor het binden (en ‘vasthouden’) van E2F, waardoor de transcriptie van DNA tegengehouden wordt. Door fosforylatie van pRb (geïnitieerd door het cycline D – CDK4/6 complex) wordt E2F vrijgesteld en zal de transcriptie starten. Het ‘start’­punt van de celcyclus is bereikt en de overgang van G1 naar S kan doorgaan. Dit ‘start’­punt staat dus onder controle van pRb, maar in feite ook van cycline D.

Verschillende andere proteïnen zijn in staat om het cycline D – CDK4/6 complex te inactiveren. De belangrijkste van deze CDKIs zijn p15, p16, p21 en p27. De proteïnen p15 en p27 bijvoorbeeld worden aangemaakt na binding van de externe groei­inhibitor transforming growth factor­beta (TGF­ß) met zijn receptor. De groei­inhibitor TGF­ß kan op deze manier de celcyclus blokkeren en de proliferatie inhiberen. De invloed van p21 is echter een ander verhaal. Dit proteïne staat namelijk onder controle van weer een ander belangrijk proteïne, p53.

3 p53 functioneert als een soort controleproteïne dat fouten in het nieuw aangemaakt DNA opspoort. Mocht er namelijk een fout gebeurd zijn in de vorige celcyclus, is het uiteraard van belang de verdere celdelingen te stoppen om zo gemuteerde cellen zoveel mogelijk te elimineren. Indien er ernstige fouten opgetreden zijn die de verdere dochtercellen onleefbaar of ‘gevaarlijk’ zouden maken, dan geeft p53 de opdracht aan de cel om zichtzelf te vernietigen (via het mechanisme ‘apoptose’, zie verder). Als de DNA­fouten herstelbaar blijken te zijn, zal p53 enkel opdracht geven tot een G1­arrest om eventueel een reparatie door te laten gaan. p53 is daarom een zeer belangrijk proteïne en wordt ook wel de ‘bewaker van het genoom’ genoemd; het zorgt voor de integriteit van het genetisch materiaal in elke cel.

Apoptose

Onder apoptose verstaan we de ‘geprogrammeerde celdood’ van een cel. Een cel kan op meerdere manieren doodgaan. De twee meest gekende vormen van celdood zijn necrose en apoptose. Terwijl necrose een vorm van celdood is die vrij spontaan en abrupt optreedt na bijvoorbeeld een ernstige beschadiging (bloeding, bloedklonter, zuurstoftekort), is apoptose een ingewikkelde en georganiseerde vorm van celdood. Ze omvat een serie van biochemische gebeurtenissen die leiden tot een karakteristieke verandering van de vorm en structuur van de cel en uiteindelijk tot celdood.

Apoptose is vanzelfsprekend heel strikt gereguleerd; het wordt o.a. ingezet tijdens de embryonale groei (apoptose zorgt ervoor dat niet noodzakelijke of ongewenste

Het ontstaan van kanker

cellen en weefsels tijdens de ontwikkeling verdwijnen), maar ook als een cel ergens niet hoort of als ze wegens gevaarlijke beschadigingen beter niet verder groeit. Als dit mechanisme gedereguleerd of defect raakt, zoals bij een groot aantal kankercellen, ontstaat het gevaar dat alle cellen langer blijven leven en delen, ondanks het feit dat de cel in kwestie een gevaar oplevert voor het weefsel, het orgaan en het lichaam.

Dit ingewikkelde celdelingsproces werkt zo goed als altijd feilloos, maar heel soms gebeuren er toch kleine fouten tijdens de deling. Het systeem zit echter zo knap in elkaar, dat het optreden van fouten tot een absoluut minimum beperkt is en dat eventuele fouten meestal nog gecorrigeerd kunnen worden. In uiterst zeldzame gevallen gebeurt het toch dat een fout niet gecorrigeerd wordt, waardoor een defecte dochtercel of eventueel een kankercel kan ontstaan. Het systeem kan het best ook zo weinig mogelijk verstoord worden. Het verstoren ervan kan namelijk aanleiding geven tot meer fouten en tot snellere ontwikkeling van kanker. Het ontstaan van een kankercel bespreken we in de volgende paragrafen.

2 Oncogenen en tumorsuppressorgenen

Van het grote aantal genen dat bestaat en dat overgeschreven moet worden bij de celdelingen, zijn er twee types die we hier speciaal willen toelichten omdat ze erg belangrijk zijn bij de ontwikkeling van kanker. Elke normale cel heeft oncogenen en tumorsuppressorgenen. Ondanks de naamgeving hebben deze genen in eerste instantie niets met kanker te maken; elke normale gezonde cel heeft ze.

oncogenen

tumor-suppressorgenen

Oncogenen zijn genen die ervoor zorgen dat een cel groen licht krijgt om DNA bij te maken en om te delen in twee nieuwe dochtercellen. Vergelijk dit met het gaspedaal in een auto: als dat ingedrukt wordt, begint de auto te rijden. Als een oncogen geactiveerd wordt, begint de cel DNA te verdubbelen en te delen. Dat gebeurt o.a. als er cellen bijgemaakt moeten worden en als er voldoende voedingsstoffen aanwezig zijn om nieuwe cellen te kunnen maken.

Figuur 4 Oncogenen en tumorsuppressorgenen

Een tumorsuppressorgen doet in feite het omgekeerde. Het kan het aanmaken van DNA en het vermeerderen van cellen stilleggen. Dit gen kun je vergelijken met een rem bij een auto. Wordt het rempedaal ingedrukt, dan stopt de auto met rijden. Als een tumorsuppressorgen geactiveerd wordt, stopt de cel met de aanmaak van DNA en stopt

ze ook met delen. Dat is o.a. belangrijk als de cellen van een volgroeid orgaan, bv. de nier, even niet meer moeten delen, omdat er op dat moment voldoende niercellen zijn, of als er een fout gebeurd is bij het aanmaken van DNA, of als er onvoldoende bouwstoffen aanwezig zijn om nieuwe cellen aan te maken.

Voorbeelden van oncogenen en tumorsuppressorgenen

De drie opmerkelijke celcyclusproteïnen die hierboven besproken werden, namelijk cycline D, pRB en p53, worden aangemaakt in opdracht van oncogenen en tumorsuppressorgenen. Omdat cycline D het celdelingsmechanisme initieert en de cel aanzet tot deling, wordt dit proteïne typisch gecodeerd door een oncogen. pRb en p53 daarentegen kunnen het celdelingsmechanisme remmen, dus de genen die hiervoor coderen zijn typische tumorsuppressorgenen.

Zoals in de vorige paragraaf aangehaald werd, kunnen er ook fouten gebeuren bij de celdeling. Stel dat er essentiële stukjes DNA of genen niet of foutief overgeschreven worden en dus niet of in defecte vorm aanwezig zijn in de dochtercellen. Een dergelijke fout bij het overschrijven van DNA noemen we een mutatie. Het defecte gen dat daardoor ontstaat, is een gemuteerd gen. Het gevolg daarvan kan zijn dat de dochtercellen beschadigd zijn, niet leefbaar zijn of niet meer in staat zijn om op hun beurt te delen. Als de schade beperkt is in omvang, is er niet echt een probleem omdat de talrijke andere (normale) dochtercellen verder zullen zorgen voor de aanmaak en groei van een weefsel of orgaan. Hoe dat verloopt in het geval van oncogenen en tumorsuppressorgenen bespreken we in wat volgt.

Stel dat er een mutatie gebeurt bij het overschrijven van een oncogen en dat we een oncogen maken dat constant actief is. Vergelijk het opnieuw met een auto: we maken een auto waarbij het gaspedaal geblokkeerd en altijd ingedrukt is. Op die manier krijgen we een dochtercel die veel actiever en agressiever is dan de normale dochtercellen; ze blijft constant in een hoog tempo verder delen, of het lichaam dat nu vraagt of niet.

Anderzijds kan er ook een mutatie optreden bij een tumorsuppressorgen. Als dat gen bij de aanmaak van nieuw DNA bijvoorbeeld onvoldoende of niet overgeschreven wordt, ontstaat er een dochtercel die niet meer kan stoppen met delen, ook niet als de uitwendige omstandigheden dat vereisen. We maken met andere woorden een auto zonder rem die dus niet meer kan stoppen, ook niet bij een rood verkeerslicht.

Het ontstaan van kanker

Precies deze twee voorbeelden van fouten bij het overschrijven van genen leiden tot een kankercel. Een kankercel is een ontspoorde cel (met gemuteerde oncogenen en/of tumorsupressorgenen) die veel meer, sneller, agressiever en ongecontroleerd zal delen en zich bovendien niets meer zal aantrekken van controlemechanismen die wel hun invloed hebben op normale cellen. Figuur 5 geeft weer hoe een kankercel ontstaat na een fout tijdens de celdeling. De ontspoorde kankercel zal dan ongeremd beginnen delen.

fout tijdens celdeling

kankercel

normale cellen

De kankercel deelt bovendien veel sneller dan de andere (normale) cellen, waardoor er al snel een ophoping van talrijke kankercellen ontstaat. Deze ophoping van kankercellen groeit uit tot een gezwel of tumor. De tumor zal beginnen groeien op de plaats waar de oorspronkelijke kankercel ontstaan is. Figuur 6 geeft weer hoe de ophoping van sneldelende kankercellen leidt tot de vorming van een tumor.

kankercellen

normale cellen

Figuur 5 Een fout tijdens de celdeling tumor normaal weefsel

Figuur 6 Vorming van een tumor

Als deze tumor zich aan de oppervlakte van ons lichaam bevindt zal deze na een tijdje zichtbaar of voelbaar kunnen worden. Als voorbeeld illustreert figuur 7 een tumor in het onderhuids klierweefsel.

Meestal bevinden tumoren zich echter dieper in het lichaam (in de inwendige organen) en zullen ze niet zichtbaar of voelbaar zijn. Ze veroorzaken op termijn andere symptomen doordat ze drukken op of binnendringen in omliggende weefsels.4

Hoe de tumor verder zal groeien en hoe schadelijk hij is voor het orgaan en voor het hele lichaam lees je in het hoofdstuk over tumorgroei.

Het is nu wel duidelijk waarom we de termen ‘oncogen’ en ‘tumorsuppressorgen’ gebruiken. Een oncogen is een gen dat kan aanzetten tot DNA­verdubbeling en celdeling. Als hierbij een mutatie optreedt, kan een kankercel ontstaan die constant en snel verder zal delen en aanleiding kan geven tot kanker, vandaar ‘onco’gen. Een tumorsuppressorgen is een gen dat in staat is de celdeling stil te leggen. Als hierbij een mutatie optreedt, krijgen we een kankercel die niet meer stopt met delen. Het normale, niet­gemuteerde gen is dus een gen dat in principe tumorvorming kan onderdrukken, vandaar ‘tumorsuppressor’gen (suppressie betekent onderdrukking).

Figuur 7 Patiënt met tumor

Vele oncogenen en tumorsuppressorgenen zijn onderdelen van het cellulaire werkingsmechanisme dat de invloed van externe groeistimulerende en ­inhiberende factoren vertaalt naar respectievelijk proliferatie­initiatie of ­inhibitie in de celkern. De proliferatie kan ontregeld worden als een gemuteerd oncogen het groeistimulatoire mechanisme blijft onderhouden terwijl de externe stimulus is weggevallen. Andere oncogenen zetten cellen aan om een overvloed aan groeifactoren vrij te stellen. Deze overmaat van stimuli zetten naburige cellen, maar ook de groeifactorproducerende cellen zelf aan tot excessieve groei. Het is ook mogelijk dat er een oncogene vorm van receptorgenen ontstaat. De aldus ontstane aberrante receptoren geven stimulerende signalen door naar de celkern zonder dat een groeifactor gebonden is.

Anderzijds kan de proliferatie ook ontregeld worden als bepaalde cytoplasmatische en nucleaire ‘remmende’ proteïnen niet meer gevormd worden door multipele mutaties in de tumorsuppressorgenen die ervoor coderen.

De studie van oncogenen

De kennis van oncogenen begint met het onderzoek naar de mogelijkheid dat virussen een rol zouden kunnen spelen bij het ontstaan van kanker. Dit onderzoek maakt gebruik van virussen waarvan bekend was dat ze bij bepaalde diersoorten kanker konden verwekken. Ontrafeling van het genoom van de desbetreffende virussen maakte het mogelijk de gensequenties te identificeren die voor de maligne transformatie verantwoordelijk waren.

4 Sommige kankers, zoals bloedkankers of vormen van leukemie creëren geen vaste tumoren maar leiden tot andere symptomen zoals ernstige vermoeidheid of storingen in het bloedbeeld.

ontstaan van kanker

Een van de eerste oncogenen werd geïsoleerd uit een menselijke blaastumorcellijn. De vergelijking van de nucleotidensequentie van dit gen met die van andere, eerder gekloneerde genen wees uit dat dit vrijwel identiek was aan het ras­gen, dat eerder ontdekt was als het kankerverwekkende gen van een sterk oncogeen retrovirus, het ‘Harvey ratte­sarcoomvirus’. Dit oncogen bleek echter geen authentiek viraal gen te zijn, maar afkomstig uit de gastheercellen waarin het virus zich had vermenigvuldigd. Blijkbaar was in de evolutie het cellulaire ras­gen via recombinatie in het genetisch materiaal van het retrovirus terechtgekomen, waardoor het virus oncogeen werd. Het is trouwens niet verwonderlijk dat dit type virus fylogenetisch ontstond, een virus heeft een delende cel nodig om zijn eigen genoom te reproduceren, het is voor een virus dan ook van belang de oncogene eigenschap in zich te dragen om een gastheercel te ‘dwingen’ onophoudelijk te blijven delen.

Een vergelijking van de nucleotidenvolgorde van het ras­gen uit de blaastumorcellijn met de volgorde van het ras­gen uit normale menselijke cellen (oncogen) toonde, in combinatie met andere proeven, dat het transformerende vermogen veroorzaakt werd door één enkele puntmutatie. Hiermee was voor het eerst aangetoond dat een normaal gen via een mutatie in een kankerverwekkend gen omgezet kan worden. Daarnaast bleek dat gemuteerde oncogenen een dominante werking hebben.

Verder onderzoek wees uit dat ook andere mutaties aan de basis kunnen liggen van de transformatie van oncogenen, zoals inserties en translocaties, waardoor hybride genproducten ontstaan met oncogene werking, of waardoor de expressie van genen ontregelt of verhoogt, zonder dat het genproduct zelf veranderd is.

Ondertussen zijn er meer dan honderd verschillende oncogenen ontdekt. Meestal worden ze geclassificeerd volgens de producten waarvoor ze coderen, namelijk: – groeifactoren; – groeifactor­ en hormoonreceptoren; – cytoplasmatische signaaltransductie ­ eiwitten en; – transcriptieregulerende factoren.

De naamgeving van de verschillende oncogenen werd bepaald volgens verscheidene conventies. Vaak worden ze genoemd naar het kankertype dat ze veroorzaken, bv. myb, een oncogen dat codeert voor een nucleair proteïne, is geassocieerd met myeloblastosis, een retroviraal geïnduceerde kanker bij kippen, terwijl myc geassocieerd werd met myelocystosis. Het oncogen erb verwijst naar erythroblastosis, terwijl jun is genoemd naar het Japanse woord ‘ju­nana’, dat ‘zeventien’ betekent en refereert naar het ‘avian sarcoma virus 17’ waarin het eerst werd geïdentificeerd. Het oncogen Bcl is gerelateerd aan B­cel leukemie. Vaak worden oncogenen die gedragen worden door retrovirussen voorafgegaan door v-, terwijl de normale cellulaire proto­oncogenen de letter c- voor zich krijgen (bv. v-ras, c-ras).

De studie van tumorsuppressorgenen

Het bestaan van tumorsuppressorgenen is waarschijnlijk bekend geraakt door onderzoek naar erfelijke tumoren. Vooral de studie van ‘retinoblastoom’, een agressieve tumor van de retina van het oog die bij kinderen optreedt, heeft gezorgd voor de doorbraak in de studie naar de tumorsuppressorgenen. Retinoblastoom komt slechts sporadisch voor, maar is in ongeveer een derde van de gevallen familiair. In deze gevallen is een chromosomale afwijking, meer bepaald een deletie, op chromosoom 13 kenmerkend. Deze bevinding suggereerde dat de afwezigheid van een gen bij de kankerpathenogenese een rol zou kunnen spelen. Uitgebreid moleculair­genetisch onderzoek heeft uitgewezen dat er inderdaad een gen bestaat dat met retinoblastoom is geassocieerd. Dit retinoblastomagen of ‘Rb’ codeert voor een glycoproteïne (pRb) dat een zeer cruciale rol speelt in de regulatie van de celcyclus, meer in het bijzonder voor het controleren en stilleggen van de celcyclusprogressie (zie hoger). Rb werd daardoor gekenmerkt als een van de belangrijkste tumorsuppressorgenen.

Intussen zijn ook een heel aantal tumorsuppressorgenen geïdentificeerd. Net zoals oncogenen zijn ze geclassificeerd volgens de producten waarvoor ze coderen, namelijk: – cytoplasmatische proteïnen; – nucleaire proteïnen en; – andere proteïnen.

In tegenstelling tot de oncogenen, zijn de meeste gemuteerde tumorsuppressorgenen recessief, d.w.z. dat er pas tumorgroei ontstaat als beide allelen (varianten van een gen) afwijkend zijn of ontbreken. In het geval van retinoblastoom betekent dit dat er pas tumorgroei ontstaat als er twee mutaties hebben plaatsgevonden.

De eerste mutatie in één allel van het Rb­gen op de q­arm van chromosoom 13 wordt meestal overgeërfd van ouder op nageslacht. Een tweede somatische mutatie van het normale allel leidt tot afwezigheid van normaal pRb, waardoor retinoblastoom kan ontstaan. Dit gegeven vormt de basispijler van de zgn. ‘double­hit’­theorie die door Knudson werd geïntroduceerd (zie verder).

In zeer uitzonderlijke gevallen gebeuren bij een kind, dat geboren werd met twee normale Rb­allelen, twee onafhankelijke somatische mutaties die het Rb­gen inactiveren.

Patiënten met een deficiënt Rb­gen blijken ook een grotere predispositie te hebben voor andere tumoren op latere leeftijd. Inactivatie van het Rb­gen komt dus niet enkel voor bij retinoblastoom, maar is eveneens een kenmerk van verschillende andere niet­erfelijke tumoren.

p53 is misschien wel het belangrijkste tumorsuppressorgen. Het gen kreeg zijn naam door zijn grootte (53 kDa) en bevindt zich op chromosoom 17 p13. Het concept dat

p53 een tumorsuppressorgen is, werd op twee manieren bevestigd. Ten eerste werd in laboratoriumexperimenten gezien dat wildtype p53 de inductie van excessieve proliferatie onderdrukte, waardoor aangetoond werd dat p53, net als Rb, een uitermate cruciale rol speelt als rem in de celcyclus (zie hoger). Ten tweede bleek dat bij meer dan de helft van alle humane primaire tumoren mutaties in het p53 gen aan de basis lagen van de maligne groei.

Waarom muteren cellen?

Een veelgestelde vraag is waarom het DNA van cellen soms muteert (en zo o.a. kan leiden tot kanker) en of het evolutionair­biologisch niet logischer zou zijn dat ons lichaam feilloos zou werken en tijdens de celdelingen geen fouten zou maken. Dat is een interessante vraag die niet zonder biologische achtergrond beantwoord kan worden. De capaciteit van erfelijk materiaal om te muteren is in feite een van de basiskenmerken van het leven. Als genetische mutaties niet zouden bestaan, dan zouden wij nog steeds als primitieve eencelligen de zeeën bevolken en was er van meercellige organismen, laat staan dieren of mensen, geen sprake. Dankzij aanhoudende mutaties is het eerste eencellige leven op aarde langzaam geëvolueerd tot het complexe leven dat we nu kennen. Een mutatie is namelijk de enige manier om een cel te kunnen wijzigen en zo te kunnen evolueren. Mutaties zijn levensnoodzakelijk en hebben er tijdens de evolutie voor gezorgd dat er complexere cellen ontstonden, die bijvoorbeeld gingen samenwerken en zo een meercellig organisme werden. Ook cellen van meercelligen muteerden verder tot gespecialiseerde cellen, bijvoorbeeld tot bewegende spiercellen, waarnemende zenuwcellen en beschermende epitheelcellen. Ook in ons complexe menselijk lichaam blijven cellen zich muteren, een eigenschap van de levende cel die nooit verloren ging en nog steeds levensnoodzakelijk is. Zo evolueren wij als mens nog steeds naar organismen die bijvoorbeeld beter bestand zijn tegen de veranderende omgeving waarin wij leven. Evolutiebiologen toonden aan dat het leven ook steeds meer superieur wordt; mutaties in een slechte richting gaan verloren omdat ze niet aangepast zijn. Organismen (en ook cellen) evolueren zo naar steeds ‘beter’, ‘sneller’, ‘meer aangepast’ enzovoort. Hier zien evolutiebiologen de mutatie van een normale cel naar een kankercel dan ook als logisch gevolg van deze evolutie. Een kankercel is in principe superieur tegenover een normale cel, omdat ze mechanismen heeft verworven om bijvoorbeeld sneller te delen, om bij zuurstofgebrek een ander metabolisme aan te nemen en om te kunnen loskomen en invaderen. Op organismeniveau gaat deze gedachtegang echter niet meer op. De ontstane kankercel zorgt er finaal voor dat het gastlichaam niet overleeft, wat moeilijk te verzoenen is met de ‘superioriteitstheorie’. Gelukkig kan de geneeskunde voor dit laatste (alsmaar beter) ingrijpen om het organisme te redden. Wellicht kunnen we dit beschouwen als een positieve ‘co­evolutie’.

3 Kanker als meerstappenproces

Kanker ontstaat doorgaans pas na een opstapeling van meerdere fouten of mutaties. Eén enkele mutatie is meestal niet genoeg om een cel te laten ontsporen in een kwaadaardige kankercel. Daarvoor zijn er meerdere opeenvolgende mutaties nodig. Dat is ondertussen wetenschappelijk aangetoond en omschreven als het meerstappenproces bij het ontstaan van kanker. Er zijn meerdere stappen nodig om uiteindelijk een kankercel te doen ontstaan.

3.1 Mutaties van de dochtercellen

De eerste stap is een eerste mutatie die optreedt bij de dochtercellen, maar die nog vrij onschuldig is en zeker nog geen ontspoorde kankercel doet ontstaan. Het probleem is wel dat alle daaropvolgende nieuwe dochtercellen ook die ene mutatie zullen meedragen; de dochtercel met die ene mutatie in het DNA zal die mutatie overschrijven voor de volgende twee nieuwe dochtercellen die deze mutatie dan ook in hun DNA krijgen. De daaropvolgende stappen zijn telkens een nieuwe bijkomende mutatie, waardoor er een opstapeling komt van verschillende mutaties in het DNA van de cellen. Na een aantal stappen (en dus na een aantal opeenstapelende mutaties) kan er een (laatste) bijkomende mutatie gebeuren waardoor het DNA zodanig beschadigd is dat er een ontspoorde agressieve kankercel ontstaat.

normale cel 1ste mutatie 2de mutatie 3de mutatie kankercel Figuur 8 Kanker als meerstappenproces

Twee eenvoudige voorbeelden uit de praktijk maken dit duidelijker.

VOORBEELDEN

1 We stellen vast dat kanker het vaakst voorkomt bij oudere mensen (dit bespreken we in detail in het hoofdstuk over kankerepidemiologie). Men spreekt ook weleens van kanker als ouderdomsziekte. Dat komt omdat we op oudere leeftijd veel meer mutaties opgestapeld hebben (gedurende ons hele leven) en dat we vaak dan pas de laatste mutatie krijgen die uiteindelijk aanleiding geeft tot het ontstaan van een ontspoorde kankercel.

2 Een ander voorbeeld is een dertigjarige patiënt die zich aanbiedt op een oncologische afdeling met een slokdarmkanker. Normaal komt dit type van kanker niet vaak voor op deze jonge leeftijd. Bij het nagaan van de (medische) voorgeschiedenis van deze patiënt blijkt dat hij op twaalfjarige leeftijd per ongeluk een chemisch reinigingsproduct ingeslikt heeft. Wellicht heeft die chemische stof op twaalfjarige leeftijd een aantal mutaties veroorzaakt bij de slokdarmcellen die deze mutaties opgestapeld hebben. Een bijkomende mutatie op dertigjarige leeftijd zal de finale mutatie geweest zijn om uiteindelijk slokdarmkanker te veroorzaken. Voor eenzelfde persoon die vroeger geen chemische stoffen in de nabijheid van de slokdarmcellen gehad heeft, zou deze mutatie op dertigjarige leeftijd wellicht nog maar de eerste, tweede of derde mutatie zijn, die helemaal nog geen aanleiding tot slokdarmkanker gegeven zou hebben. Precies om deze gang van zaken waarschuwt men altijd om kleine kinderen goed te beschermen tegen schadelijke kankerverwekkende invloeden, bv. tegen zonnestraling of sigarettenrook. Een goede bescherming vanaf een jonge leeftijd zorgt ervoor dat er zo weinig mogelijk mutaties opgestapeld kunnen worden, zodat er op latere leeftijd dan ook een veel lager risico is om kanker te ontwikkelen.

3.2 Verstoring van het celdelingsproces

De vraag is of dergelijke mutaties vaak optreden. Wetenschappelijke studies geven aan dat er wel degelijk regelmatig mutaties plaatsvinden, maar dat ze lang niet altijd aanleiding geven tot defecte dochtercellen. Bovendien zijn er controlemechanismen ingebouwd in de cel die eventuele mutaties nog kunnen herstellen. Het blijft wel zo dat het celdelingsproces een zeer ingewikkeld proces is (zie hoger) en dat dit proces het best zo weinig mogelijk verstoord wordt. In normale omstandigheden gebeurt dat ook niet, maar toch zijn er gemakkelijke manieren om het celdelingsproces te hinderen.

VOORBEELD

Een duidelijk voorbeeld vinden we bij de deling van longweefselcellen. Ook de longen zijn in constante ontwikkeling en longweefselcellen moeten regelmatig vervangen worden, waardoor er veel celdelingen plaatsvinden in de longen. Het delingsproces kan gemakkelijk verstoord worden door slechte chemische stoffen in te ademen en die in de onmiddellijke nabijheid te brengen van delende longweefselcellen. Bepaalde chemische stoffen kunnen ervoor zorgen dat er veel meer fouten optreden bij het overschrijven van het DNA en bij het celdelingsproces, waardoor er later veel sneller ontspoorde longkankercellen ontstaan. Nochtans zijn er mensen die dit dagelijks of zelfs meerdere keren per dag doen. Dat zijn de rokers. Bij het inhaleren van sigarettenrook komen er duizenden schadelijke chemische stoffen tot bij de delen

de longweefselcellen, die het ingewikkelde maar prachtige celdelingsproces ernstig verstoren. Het gevolg is dat er fouten ontstaan in het DNA van de dochtercellen van het longweefsel. Als dergelijke fouten zich enkele jaren opstapelen, is de kans dat er ontspoorde longkankercellen ontstaan ontzettend veel groter dan bij niet­rokers die dergelijke chemische stoffen niet tot bij hun delende longweefselcellen brengen. Ook hier is het weer enorm belangrijk dat jongeren (met volop ontwikkelende longen) zo weinig mogelijk mutaties opstapelen. Het is daarom zeer betreurenswaardig dat veel jongeren al op vrij jonge leeftijd beginnen met roken. De schadelijke stoffen in sigarettenrook zijn al een belangrijk voorbeeld van hoe externe invloeden een oorzakelijk verband hebben met het ontstaan van kanker. Dat werken we verder uit in het hoofdstuk over oorzaken en preventie, waar we de oorzaken van kanker bespreken.

De ‘dubbele hit’ hypothese van Knudson

Het is voornamelijk dankzij het wetenschappelijk onderzoek van de Amerikaanse geneticus Alfred Knudson (1922­2016) dat de basis gelegd kon worden voor het concept van het meerstappenproces bij kankerontwikkeling. Knudson deed veel onderzoek naar retinoblastoom, in het bijzonder naar de familiale en niet­familiale (sporadische) vorm ervan. De familiale vorm trad bij kinderen op zeer jonge leeftijd op, terwijl de sporadische vorm meestal pas op latere leeftijd ontstond.

Hij vond hiervoor de verklaring dankzij de ontdekking dat voor het ontwikkelen van retinoblastoom twee genetische ‘hits’ vereist waren. Bij de familiale vormen was één ‘hit’ al aanwezig van bij de geboorte (door overerving), en was nadien dus maar één bijkomende ‘hit’ nodig. Daarentegen leken twee mutagene ‘hits’ tijdens het leven noodzakelijk om de sporadische (en dus later optredende) retinoblastomen te kunnen verklaren. In 1971 publiceerde hij deze gegevens in het toonaangevende tijdschrift PNAS (USA) en legde daarmee de basis van zijn befaamde ‘dubbele hit’ hypothese of tweestappenproces bij kankerontwikkeling. Intussen werd deze theorie via verschillende andere (moleculair­genetische) onderzoeken bevestigd, maar wees onderzoek ook uit dat er geen twee, maar meerdere ‘hits’ nodig zijn voor de ontwikkeling van een kankercel. Het concept werd daarom geherdefinieerd tot het meerstappenproces van kanker.

✓ Kanker is een ziekte van de cel . Als er tijdens de celdeling (celcyclus) fouten gebeuren, kan een dochtercel ontstaan die zeer snel en ongecontroleerd begint te delen en uitgroeit tot een ophoping van kwaadaardige cellen. Die ophoping vormt een gezwel of tumor.

✓ De ontsporing gebeurt door een mutatie in de ‘oncogenen’ en/of ‘tumorsuppressorgenen’, wat betekent dat er een wijziging of fout gebeurt in die genen. Oncogenen zijn normale genen die instaan voor de start of voortgang van de celcyclus, tumorsuppressorgenen zijn normale genen die de celcyclus kunnen afremmen of stoppen. Gemuteerde oncogenen of tumorsuppressorgenen zorgen er dus voor dat de cel ongecontroleerd en ongeremd blijft delen.

✓ Het ontstaan van kanker is een meerstappenproces. Eén enkele mutatie is meestal niet genoeg om een cel te laten ontsporen in een kwaadaardige kankercel. Daarvoor zijn er meerdere, opeenvolgende mutaties nodig.