Over Fruitvliegen, Boomschors en Darmkanker

Over Fruitvliegen, g , Boomschors en Darmkanker

Ron Smits Dept of Gastroenterology and Hepatology Dept. Erasmus MC, Rotterdam, the Netherlands

Incidentie van alle patiënten met kanker in Nederland van 2000-2010

16-10-2001

Overleving van patiënten met kanker is in diezelfde periode verbeterd

16-10-2001

Incidentie van alle patiënten met kanker in Nederland van 2000-2010

16-10-2001

We worden steeds ouder

16-10-2001

Kanker is voor een belangrijk deel een ouderdomsziekte

16-10-2001

16-10-2001

De dunne darm; een groot oppervlak voor voedselopname

Totaal oppervlakte gelijk aan tennisveld 16-10-2001

16-10-2001

Incidentie van alle patiënten met Maag- of Darmkanker in Nederland van 2000-2010

16-10-2001

16-10-2001

Life-time risico in Nederland in 2005 (%)

Darm Maag Slokdarm Totaal GI-tract

Man 6,25 1,43 1,11 8,79

Vrouw 5,56 0,91 0,50 6,96

Gemiddeld 5,90 1,17 0,81 7,88

B Bron: K Kennisnetwerk i t k integrale i t l kkankercentra k t 16-10-2001

Symptomen Darmkanker Symptomen darmkanker: - Verandering in ontlastingpatroon (afwisselend verstopping/diarree) - Bloed en/of slijm bij de ontlasting - Loze aandrang

Later stadium: - Bloedarmoede die tot vermoeidheid leidt - Vage buikpijn - Een gevoelige plek in de buik

16-10-2001

Ook darmkanker is een ouderdomsziekte

# nieuwe gevallen darmkanker (2008)

16-10-2001

# Sterfgevallen darmkanker (2008)

Vroege detectie van darmkanker Aantonen bloed in ontlasting: - Niet heel gevoelig - Niet heel specifiek

C Colonoscopie: p

16-10-2001

16-10-2001

Niet alle poliepen zijn gemakkelijk te zien

16-10-2001



De klassieke adenoma-carcinoma progressie in darmkanker

intestinal epithelial ith li l cell ll

16-10-2001

Goedaardige g adenoom/poliep

Kwaadaardige g carcinoom

Fruitvliegen oftewel Drosophila melanogaster

16-10-2001

De Wingless mutatie in Drosophila melanogaster

De Wnt-signalerings pathway is oorspronkelijk ontdekt in Drosophila

No Wingless protein

Een defect in het intracellulaire Armadillo eiwit geeft f een vergelijkbaar lijkb d defect f

Armadillo mutant - verstoorde t d aanmaak kh huidcellen id ll met haartjes - geen naakte huidcellen

Armadillo: Spaans voor gordeldier

De WNT Signaal Transductie route in fruitvlieg WNT

Armadillo

Armadillo

Maak een vleugel of maak een segment zonder haren

Het Armadillo eiwit van de fruitvlieg lijkt sterk op -catenine van zoogdieren

Armadillo 65% identiek in de volgorde van aminozuren -catenine

-catenine is in zoogdieren belangrijk voor celhechting

-catenine

-catenine is essentieel voor een goede celadhesie

Cadherins  catenin -catenin -catenin

-catenin  catenin -catenin

Y

Erfelijke darmkanker Familiare Adenomateuze Polyposis (FAP)

Sporadic p (>90%)

FAP

5-10%

HNPCC

Familial Colorectal Cancer

Familiare Adenomateuze Polyposis (FAP) –1Goedaardige poliepen

carcinoma Resected colon from FAP patient

Macroscopic detail of multiple polyps

APC is het gemuteerde gen in FAP patiënten

- Germline APC mutations are responsible p for Familial Adenomatous Polyposis (FAP). (Groden et al. 1991; Nishisho et al., 1991).

Het APC tumor suppressor eiwit

E E

E

NH2-

*

oligomerization

E I

*

*

EI

*** **

**

-COOH

DLG/PTP-BL binding

ß-catenin binding

E

Nuclear export signal

ß-catenin downregulation

microtubules binding

I

Nuclear import signal

SAMP (axin/conductin binding)

EB1/RP1 binding

*

CDK consensus phosphorylation site

armadillo-repeat

p34-cdc2 34 d 2 bi binding? di ?

The WNT Signal Transduction Pathway WNT Frizzled

Conductin/ Axin

APC

Dsh

GSK-3 -catenin

P

GSK-3

APC

Conductin/ Axin

-catenin degradation

-catenin

-catenin 

TCF/LEF TRANSCRIPTION

Conclusie 1: Zowell in i de d fruitvlieg f i li als l de d mens ffunctioneert i Armadillo/-catenine als signaal molecuul Hetzelfde geldt voor alle meercellige diersoorten

APC mutaties leiden tot een verkort eiwit

NH2-

-COOH

ß ß-catenin i binding bi di ß-catenin downregulation SAMP (axin/conductin binding)

Wnt Signaal Transductie in Darmkanker: twee alternatieve scenarios  t i -catenin

-catenin -catenin


X

APC

 catenin -catenin

*

-catenin

 catenin -catenin

*

-catenin

-catenin

TCF/LEF

TCF/LEF

CONSTITUTIVE TRANSCRIPTION

85% of the cases

*

* -catenin

*

*


5-10% of the cases

Tumoren met een defect in de Wnt/-catenin pathway worden orden gekenmerkt door kernstapeling van an -catenine  catenine -catenine kleuring van een darmtumor in een Apc mutante muis

The classical adenoma-carcinoma sequence in colorectal cancer


APC -catenin

16-10-2001

carcinoma

adenoma

K-RAS

SMAD2/4 chr. 18q LOH

p53 chr. 17p LOH

Villus ~3 500 cells ~3.500

Apoptotic p p cells

Stem cells Paneth cells Transient-amplifying cells Absorptive cells Goblet cells Enteroendocrine cells

Cell turnover: - muis 3-4 dagen - mens 4-6 4 6 dagen d

Mouth of crypt

Specialized p intestinal cells in crypt and villus Cr pt Crypt ~250 cells

Transient T i t amplifying cells Stem cells in the h lower l crypt

16-10-2001

Use of the 12.4 kb Villin promoter to drive intestinal gene expression

12.4kb Villin-LacZ

16-10-2001

Madison, B. B. et al. J. Biol. Chem. 2002;277:33275-33283

Basic principle of the Villin-rtTA model (Tet-ON) [1]

T Transgenic i line li 1

Villin

rtTA rtTA

16-10-2001

rtTA expressed in the intestinal tract


T Transgenic i line li 2

Your gene of interest

No gene expression induced

16-10-2001


Villin DOX

rtTA

rtTA expressed in the intestinal tract

rtTA tTA Your gene of interest

Still Expression no geneisexpression induced induced

16-10-2001

Villin-rtTA/H2B-GFP Villin rtetR VP16

Villi tTA/H2B GFP Villin-rtTA/H2B-GFP

VP16

rtetR

after 7d pulse

TRE mCMV H2B-GFP

H2B-GFP

duodenum

jejunum

ileum

colon

colon duodeum

ileum

Villin-rtTA/H2B-GFP Villin

rtetR VP16

VP16 rtetR

TRE mCMV

H2B-GFP

H2B-GFP

Chase:

different time points to fine-tune system Day 2, 4, 7, 10, 14, 21, 28, 35, 42, 63, 70

Days after stop of doxycycline

Villin-rtTA/H2B-GFP Villin

rtetR VP16 VP16 rtetR t tR

TRE mCMV

H2B-GFP

H2B-GFP off

Chase at multiple time points - duodenum day 0

day 2

day 10

day 4

day 14

day 7

day 21

Villus ~3 500 cells ~3.500

Apoptotic p p cells Proliferation

Stem cells Paneth cells Transient-amplifying cells Absorptive cells Goblet cells Enteroendocrine cells

Mouth of crypt

Specialized p intestinal cells in crypt and villus Cr pt Crypt ~250 cells

Transient T i t amplifying cells Stem cells in the h lower l crypt

16-10-2001

Apoptosis

Stamcellen bevinden zich op de bodem van de crypt Mouse 2x108 cells shed/small intestine/day

Man ~10 1011 cells shed/small intestine/day

1400 cells/villus/day

VILLUS 3500 cells

1-2 cells positions/h

6-10 crypts/villus

300 cells /crypt/day

20

15

CRYPT 250 cells

10

M ~32 clonogenic cells

150 proliferative cells Tc = 12 h

5

S

Adapted from Potten CS and Loeffler M. Development 1990; 110:1001-1020

Wat is een stamcel? - Het is zelf niet een terminaal gedifferentieerde cel

- Een cel met een oneindige delingscapaciteit

- Bij iedere deling ontstaat minimaal één nieuwe stamcel en een tweede cel die zich uiteindelijk meestal gaat diff differentiëren ië tot een gespecialiseerd i li d celtype l

Schematische weergave van stamcel principes

Deelt 1 1-2x 2x per dag

Schematische weergave van stamcel principes

Stamcellen bevinden zich op de bodem van de crypt Mouse 2x108 cells shed/small intestine/day



VILLUS 3500 cells


6-10 crypts/villus


20

15

CRYPT 250 cells

10



5

S

Bron van Wnt signaal

De Wnt/-catenine signalering pathway is één van de belangrijkste regulatie systemen voor het handhaven van stamcel kenmerken

 catenine kleuring van de -catenine dunne darm van een muis

16-10-2001

De WNT Signalering Pathway WNT Frizzled

Conductin/ Axin

APC

Dsh

GSK-3 -catenin

P

GSK-3

APC

Conductin/ Axin

-catenine afbraak

-catenin

-catenin 

TCF/LEF TRANSCRIPTIE

 catenine kleuring van de -catenine dunne darm van een muis

16-10-2001

Signal ON

Signal OFF

+

-

Specialisatie tot cel met specifieke functie

Stamcel

De WNT Signalering Pathway in Colorectale Kanker -catenin



-catenin 

APC -catenin

*

-catenin

*

-catenin

-catenin

TCF/LEF

TCF/LEF


85% van darmtumoren

*

*

APC

-catenin

*

*


5-10% van darmtumoren

Darmkanker begint met een enkele APC gemuteerde cel Mouse 2x108 cells shed/small intestine/day



VILLUS 3500 cells


6-10 crypts/villus


20

15

CRYPT 250 cells

10



5

S

Bron van Wnt signaal

stamcel principes en tumorgroei: de kanker stamcel

APC APC

APC APC

APC

APC

APC

APC

APC

APC APC

APC APC APC

APC

APC APC

The classical adenoma-carcinoma sequence in colorectal cancer


APC -catenin

16-10-2001

carcinoma

adenoma

K-RAS

SMAD2/4 chr. 18q LOH

p53 chr. 17p LOH

C Conclusies l i 2 2: -catenine signalering is in de darm belangrijk voor het instandhouden van de stamcellen Door een mutatie in APC of -catenine blijven cellen zich als stamcellen gedragen waardoor een poliep ontstaat Door spontane fouten in andere genen wordt een poliep uiteindelijk kwaadaardig en zaait uit

16-10-2001

Het 2 2-hit hit model van Knudson: APC als voorbeeld

-Waarom krijgen FAP patiënten 1000-en poliepen?

- Waarom krijgen de meeste mensen geen of hoogstens één tot enkele darmtumoren?

APC is een tumor suppressor: Beide allelen moeten gemuteerd raken voor tumorvorming

normal cell

tumor cell

precursor cell

2e hit (mutatie)

1e hit (mutatie)

FAP patiënten



Aspirin, Salicylates and Plants: Salycilates regulate signal transduction leading to acquired resistance to infectious agents by apoptosis induction

www.gastrolab.nl t l b l

Spontaneous deamination and change of nucleotide

Thymine-analogue

16-10-2001

DNA polymerase is slecht in tellen: repetitieve sequenties hebben grotere kans om een mutatie op te lopen

E A E K T I D S E gaggcagaaaaaactattgattctgaa Insertion of one “A”

gaggcagaaaaaaActattgattctgaa E A E K N Y Stop

16-10-2001

Over Fruitvliegen, Boomschors en Darmkanker

Recommend Documents