Het menselijk lichaam is opgebouwd uit zo’n 100 triljoen (1014) cellen. Een individuele cel is
de kleinst definieerbare eenheid van leven en is gemiddeld gezien ongeveer 10 micrometer in doorsnede en 1 nanogram zwaar. In iedere cel ligt de genetische blauwdruk van het menselijk lichaam, het DNA, opgeslagen. Het DNA bevat de informatie die gebruikt wordt voor de productie van eiwitten, moleculen die het huishouden van de cel regelen. In de cel zorgen eiwitten bijvoorbeeld voor celdeling, de vertering van voedingsstoffen en de communicatie met andere cellen.
Apoptose en kanker
Een cel heeft maar een beperkte levensduur en moet op een gegeven moment sterven en vervangen worden door een nieuwe cel. Het sterven van een cel gaat via een nauwkeurig door eiwitten gereguleerd proces dat geprogrammeerde celdood, of apoptose, heet. Normaal gesproken is het aantal cellen dat doodgaat door apoptose en dat geproduceerd wordt precies in evenwicht. Dagelijks sterven er zo’n 60 miljard cellen in het menselijk lichaam en wordt hetzelfde aantal geproduceerd om dezen te vervangen. Het oplopen van schade aan het DNA, door bijvoorbeeld UV-licht van de zon, kan de balans ernstig verstoren. DNA schade leidt in zo’n situatie tot een verstoring in de eiwitproductie, wat cellen toelaat zich ongelimiteerd te vermenigvuldigen en apoptose te ontwijken. Er ontstaan dan meer cellen dan dat er doodgaan, wat resulteert in de vorming van een tumor. Een tumor kan op een gegeven moment gezond weefsel verdrukken en het functioneren ervan ernstig belemmeren, wat kan leiden tot het uitvallen van een orgaan en het ontwikkelen van ernstige complicaties.
Dood liganden
Er wordt momenteel veel onderzoek gedaan naar geneesmiddelen die kankercellen via apoptose dood laten gaan. Kankercellen blijken gevoeliger te zijn dan normale cellen voor
apoptose-inducerende stimuli. De zogenaamde “dood liganden”, TRAIL, Fas ligand en TNFα, zijn erg geschikt om apoptose te induceren. De dood-liganden komen van nature voor op de buitenkant, de membraan, van specifieke cellen van het immuunsysteem. Zodra deze immuuncellen virus-geinfecteerde cellen of kankercellen tegenkomen, kunnen ze met behulp van de dood-liganden dezen de ‘opdracht geven’ om in apoptose te gaan. TRAIL is het dood ligand met de grootste potentie als anti-kanker middel. Uniek aan TRAIL is dat het veel soorten kankercellen doodt maar gezonde cellen met rust laat. Hierdoor veroorzaakt het minder schade aan gezond weefsel dan veel chemotherapeutica die momenteel gebruikt worden in de kliniek. Daarnaast kan het kankercellen doden die bepaalde defecten hebben in het DNA die ze resistent maken voor chemotherapeutica. Zoals bij veel geneesmiddelen ook het geval is, is TRAIL echter niet effectief in alle soorten kankercellen. Ongeveer de helft van de kankersoorten blijkt resistent te zijn voor TRAIL. Het is belangrijk te achterhalen wat de oorzaken zijn van deze TRAIL resistentie. Dit is essentieel om vervolgens te kunnen bepalen hoe we resistente kankercellen weer gevoelig kunnen maken.
Onderzoeksonderwerpen
In dit proefschrift beschrijf ik verschillende voorheen onbekende oorzaken van resistentie tegen TRAIL en de gerelateerde dood liganden Fas ligand en TNFα. Daarnaast toon ik effectieve combinatie behandelingen waarmee resistentie doorbroken kan worden. De mitochondriën, de energiecentrales van de cel, spelen een belangrijke rol in de inductie van apoptose na behandeling met chemotherapeutica. Tijdens apoptose worden ze poreus gemaakt, wat ertoe leidt dat ze verschillende pro-apoptotische eiwitten vrijlaten, die vervolgens de cel verder aansturen dood te gaan. Kankercellen zijn vaak resistent voor chemotherapeutica doordat ze een verminderde capaciteit hebben om de mitochondriën poreus te maken en deze eiwitten vrij te laten. Er werd altijd gedacht dat
veel kankercellen voor de respons op TRAIL de mitochondriën niet nodig hebben. In hoofdstuk 2 laten we echter zien dat dat wel degelijk het geval is. Kankercellen die de mitochondriën niet poreus kunnen maken, zijn minder gevoelig voor behandeling met TRAIL. Wij laten zien dat deze cellen behandeld moeten worden met een combinatie van TRAIL en een additioneel geneesmiddel, Smac/DIABLO mimetic, dat de blokkade kan omzeilen. Deze combinatie blijkt erg effectief te zijn. Smac/DIABLO mimetic is een stofje dat de werking van het eiwit Smac/ DIABLO imiteert, dat één van de eiwitten is die normaal gesproken vrijkomen uit de mitochondriën tijdens apoptose. We bewijzen hiermee dat het participeren van Smac/DIABLO essentieel is voor een optimale respons op TRAIL.
In hoofdstuk 3 beschrijven we het mechanisme waarmee het eiwit Bid, belangrijk voor het poreus maken van de mitochondriën, geactiveerd wordt na behandeling met het TRAIL-gerelateerde TNFα. We laten zien dat een defect in het activerings-mechanisme van Bid een kankercel resistent maakt voor behandeling met TNFα. Aangezien TRAIL en Fas ligand ook Bid moeten activeren om cellen te doden, zal zo’n defect ook leiden tot resistentie voor deze dood-liganden. Onze resultaten impliceren dat kankercellen die Bid minder efficiënt kunnen activeren behandeld moeten worden met een combinatie-therapie, waarmee een alternative apoptose route geactiveerd kan worden. Verschillende chemotherapeutica, en ook radiotherapie (bestraling), laten kankercellen in apoptose gaan door DNA-schade te induceren. Kankercellen zijn vaak gevoeliger voor DNA schade dan normale cellen. Om bestaande behandelingsmethoden voor kanker te kunnen verbeteren, is het belangrijk te weten te komen welke eiwitten belangrijk zijn voor de apoptose respons na DNA schade. Normaal gesproken gaan cellen dood na DNA schade door het eiwit p53 te activeren. Veel soorten kankercellen hebben p53 echter geïnactiveerd. In hoofdstuk 4 laten we zien deze cellen daardoor afhankelijk zijn geworden van Bid om dood te gaan na DNA schade; cellen die Bid missen zijn ongevoelig
voor chemotherapie en radiotherapie. Dit betekent dat Bid een belangrijke rol speelt in zowel de respons op DNA schade-inducerende anti-kanker middelen als die op TRAIL. Een combinatie-behandeling met beiden kan daardoor erg effectief zijn.
In hoofdstuk 5 laten we zien dat kankercellen met een blokkade op het niveau van de mitochondriën niet gevoelig zijn voor behandeling met verschillende individuele anti-kanker geneesmiddelen, maar wel voor combinaties met het TRAIL-gerelateerde Fas ligand. We demonstreren dat de geneesmiddelen de kankercellen sensitizeren voor Fas ligand door de cellulaire levels van het anti-apoptotisch eiwit FLIP sterk te verminderen. Dit impliceert dat deze middelen ook goed te combineren zijn met TRAIL.
In hoofdstuk 6 beschrijven we de ontdekking dat het eiwit SRP72 essentieel is voor de respons van kankercellen op TRAIL. We vinden dat cellen die SRP72 missen resistent zijn voor TRAIL.
Conclusies
Veel bestaande anti-kanker therapieën zijn effectief maar hebben ook zware bijwerkingen, die in een later levensstadium complicaties kunnen veroorzaken. Doordat TRAIL specifiek tumor cellen doodt en normale cellen met rust laat, veroorzaakt het veel minder toxische bijwerkingen. TRAIL is daarom een veelbelovend anti-kanker medicijn. Echter, zoals gezegd kunnen kankercellen resistent zijn voor TRAIL. Ons doel was het vinden van oorzaken van resistentie en het doorbreken ervan door middel van combinatie-behandelingen met andere medicijnen. Wij hebben gevonden dat een blokkade op het niveau van de mitochondriën, een defect in Bid activatie en lage levels van het eiwit SRP72 alle kunnen leiden tot resistentie voor dood-liganden zoals TRAIL. Ook hebben we gevonden dat lage Bid levels resistentie kunnen geven voor DNA-schade inducerende chemotherapeutica. Dit soort kennis maakt het mogelijk nieuwe strategieën te ontwikkelen die resistente cellen weer gevoelig maken voor dood liganden. We hebben gevonden dat
verschillende blokkades omzeild kunnen worden door dood liganden te combineren met specifieke chemotherapeutica. Doordat TRAIL tumor-specifiek is en het de respons op deze middelen versterkt, kan de dosis van een gecombineerd chemotherapeuticum verlaagd worden, wat de toxische bijwerkingen ervan sterk vermindert. Verschillende combinatie-behandelingen met TRAIL worden momenteel getest in de kliniek. Hopelijk leidt dit binnen enkele jaren tot de ontwikkeling van nieuwe effectieve behandelings-methoden voor kanker.