U niversiteitsbibliotheek
De u itleen term ijn verstrijkt op:
R ijksuniversite it L im b u rg
Postbus 6 16 6 2 0 0 M D M aastrich t
G elieve de ze p u b lica tie tijd ig te re tournere n of (telefonisch) ve rle n g in g van d e u itleen term ijn aan te vragen.
\mc Kern gezond?
REDE uitgesproken bij de aanvaarding van het ambt van hoogleraar Moleculaire Celbiologie aan de Rijksuniversiteit Limburg op vrijdag 7 mei 1993 door DR. FRANS C.S. RAMAEKERS
UPM UNIVERSITAIRE PERS M AASTRICHT
R.Ü. Um turg ^
Ppfr ÜMcmv,
© Prof. Dr. F.C.S. Ram aekers, M aastricht 1993 N iets uit deze uitgave m ag worden verm enigvuldigd en/of openbaar gem aakt door m iddel van druk, fotokopie, m icrofilm , geluidsband of op w elke w ijze ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestem m ing van de copyright-houder. ISBN 90-5278-086-2 D ataw yse I U niversitaire Pers M aastricht
F.C.S. RAMAEKERS
M ijnheer de R ector M agnificus, Leden van het C ollege van B estuur en van het Bestuur van de Faculteit der G eneeskunde van de R ijksu niversiteit Lim burg, D am es en heren C ollega's, Fam ilieled en en V rienden, Zeer gew aardeerde toehoorders. In vroeger tijden, en dan m oet u denken aan de periode rond het begin van onze jaartellin g , was een in auguratie een cerem onie bestaan d e uit rituele handelingen, die er voor dienden de gu n stige gezindheid van de goden te peilen en die te verkrijgen door gebed of door een sacrificiu m augurale, een inau guratie-offer dus. A lhoew el ik m ezelf niet w il vergelijken m et de Pontifex, de hoogw aard igh eid sbek led er die eeuw en geleden deze p lechtig heden ensceneerd e, zie ik toch wel enige overeenkom sten tussen de vroegere en huidige inauguraties. Dit acad em ische ritu eel w ordt door buitenstaand ers m aar al te vaak als een gebed zonder einde ervaren, doorspekt m et m ystie ke term en. En voor w at de om vang van het inau guratie-offer betreft hoef ik slechts de bankafschriften van deze m aand te raadplegen. De vraag die nu rijst is w iens gunsten ik dan wel langs deze w eg tracht te verkrijgen of w iens gezindheid ik gunstig tracht te stem m en? W el, in feite die van u allen hier bijeen. D egenen die, zij het m et een steeds m elancholischer w ordende blik in de ogen, regelm atig bij m ij inform eerden of "h e t" er nog w el eens van zou kom en, hoop ik te verblijden m et het feit dat "h e t" nu dan eind elijk zover is. Ik hoop verder dat een ieder van u over drie kw artier de indruk zal hebben iets te hebben opgestoken. D at diegenen die niet direct of helem aal niet in dit vakgebied thuis zijn het zullen w aarderen dat m ijn betoog op de leek is afgestem d. Van m ijn vakbroeders vraag ik daarvoor begrip, m aar hoop dat zij door m ijn betoog w orden gestim uleerd zich verder in de m aterie te verdiepen. De bestuurd ers van deze u niversiteit zal ik tot slot proberen te w innen voor m ijn ideeën rondom de verdere inpassing van m ijn vakgebied binnen het academ ische onderw ijs en onderzoek in M aastricht.
1
KERN G EZO ND ?
1.
Inleiding
H et vakgebied van de celbiologie, in het bijzon d er dat van de m oleculaire celbiologie, heeft in de afgelopen decennia een enorm e vlucht genom en dankzij nieuw e, vaak technische on t w ikkelingen in andere vakgebieden, zoals de biochem ie, de m oleculaire biologie, de genetica, de histologie en de pathologie. In feite m ogen w e stellen dat een nieuw e discipline is verrezen uit de voornoem de, om dat inzichten verkregen via de m orfolo gische bestud erin g van w eefsels en cellen w erden en w orden gecom bineerd m et inzichten die verkregen zijn via de w eg van chem isch e analyse van w eefsel- en celextracten. M ijn betoog handelt over de cel, de kleinste eenheid van orga nism en en w eefsels, gem iddeld zo'n 1/50 deel van een m illim e ter in doorsnede. H et m enselijk lichaam bestaat uit honderden m iljard en van dergelijke cellen, die echter variëren in grootte en functie. Zo geven A lberts en m edew erkers in hun studieboek "M olecu lar Biology of T h e C ell" (1989) een opsom m ing van 210 v ersch illen d e celtypen die voorkom en in m ens en dier. Die celtyp en zien er, w anneer ze ond erzocht w orden m et behulp van het m icroscoop, bijna allem aal anders u it, al naar gelang de fun ctie die ze u itoefenen in het lichaam . Zo m oeten rode bloed cellen er voor zorgen dat zu urstof door het lichaam verdeeld w ord t, sp iercellen m oeten kunnen sam entrekken en zenu w cel len zorgen m et hun vaak lange uitlopers voor de elektrische bed rad ing van het lichaam en daardoor voor de overdracht van prikkels en inform atie. Het u itein d elijk aannem en van een func tionele vorm door de cel w ordt d ifferentiatie genoem d. Een and er b elan grijk proces dat zich in w eefsels afsp eelt is de aan m aak van nieuw e cellen door celdeling. Dit gebeurt in het g ezond e w eefsel in principe alleen w anneer er behoefte bestaat aan nieuw e cellen. V oor het uitoefenen van die grote variëteit aan functies bevatten de verschillend e cellen ieder specifieke h ulpm iddelen in de vorm van celstructuren, die de cel in staat stellen h aar w erk te doen. D ie structuren bestaan op hun beurt
2
F.C.S. RAMAEKERS
w eer uit een groot aantal verschillend e eiw itten die vaak op een zeer precieze m anier geordend zijn. De aanm aak van die eiw itten w ordt dan ook zeer nauw keurig gereguleerd, al naar gelang er beh oefte bestaat of ontstaat. V erder bestaan de structuren van de cel uit een aantal andere typen m oleculen w aarvan de m eesten door de cel z elf w orden aangem aakt. H et streven van de m oder ne celbiologie is trachten te begrijpen hoe cellen w erken op m oleculair niveau en hoe ze er zorg voor dragen dat organen en u itein d elijk gehele organism en (m icro-organism en, planten, d ie ren, m ensen) goed functioneren. D aarvoor m oet op de eerste plaats de relatie tussen m olecuul (bijv. het eiw it) en een fun ctio nele stru ctu u r in de cel gelegd kunnen w orden. D aarna is het zaak te w eten te kom en hoe zo'n eiw itm olecuul in die celstru c tuur sam en w erkt m et andere m oleculen opdat de cel u iteindelijk haar functie kan uitoefenen. V oor een com pleet begrip van het hele proces is dan ook nog van belang te onderzoeken hoe de aanm aak van de verschillend e (eiw it)m oleculen in de specifieke celtyp en w ordt gereguleerd. V erder wil de celbioloog een ant w oord zien te krijgen op de vraag op w elk niveau van de groei en d ifferen tiatieprocessen er iets fout gaat in de cel w anneer een orgaan of organism e ziek wordt. In het bijzond er w il ik in deze oratie ingaan op de volgende aspecten van m ijn vakgebied. 1. Ik ga graag even m et u terug naar het verleden, om zodoende de w eten sch appelijk e ontw ikkelingen die ten grondslag lig gen aan het huidige b esef dat alle levende organism en uit cellen bestaan, kort te belichten. 2. W e dringen dan door tot het centrum van deze cellen, de celkern w aarin ons erfelijke m ateriaal in de vorm van DN A, geordend in enkele tienduizenden genen, ligt opgeslagen. Deze celkern is de regelkam er van een m inuscuul chem isch fabriekje, w aarin m eestal alles goed gereguleerd verloopt.
3
KERN GEZO ND ?
M aar het gaat ook wel eens fout en dan zijn de gevolgen vaak desastreus. H et gehele organism e kan er ziek van w orden. 3. W e m aken en passant een korte w andeling door de w ondere wereld van de m oderne celbiologie en trachten te kom en tot een afbakening van dit w etenschapsterrein. In feite zal ik een antw oord proberen te geven op de mij vaak gestelde vraag "W at doet zo'n celbioloog nou eigenlijk de hele d ag?" en wel aan de hand van onderzoek aan de celkern. 4. Het blijkt thans m ogelijk in geval van calam iteiten ten gev ol ge van fouten in het DNA de defecten op te sporen en te repareren. Ik zal enkele nieuw e ontw ikkelingen op het gebied van de D N A -d iagnostiek en gentherapie beschrijven. 5. Tot slot zal ik aangeven w aarom ik het van belang acht dat de huid ige studenten in de Faculteiten der G eneeskunde en de G ezond heid sw etenschapp en een gedegen(er) scholing ontvangen in dit basale w etenschapsterrein.
2.
Van celtheorie tot gentherapie
H et thans algem een geaccepteerd e beeld dat m icro-organism en, planten, d ieren en m ensen uit cellen bestaan vindt zijn oorsprong in de 17e eeuw (W olfe, 1993). In 1665 m eldde de Engelse on d er zoeker R obert H ooke dat hij met behulp van een m icroscoop "ce lle n " had w aargenom en in plantew eefsels, terw ijl onze lan d genoot A ntonie van Leeuw enhoek, eveneens m et zelfgem aakte m icroscopen, aan het einde van de 17de eeuw cellen w aarnam in bloed en zaadvocht. O ok N icolaas H artsoeker ontdekte de zaad cel in d iezelfde periode. D at deze onderzoekers bij de in terp retatie van de beelden die ze w aarnam en, m ogelijk gesti m uleerd door een an d rocen trisch e kijk op de w ereld, hun fan ta sie w el eens de vrije loop lieten m ag blijken u it hun aantekeningen, w aarin zij noteerden dat een zaadcel reeds een
4
F.C.S. RAMAEKERS
volled ig em bryo bevatte, dat naar het idee van deze 17de eeuw se ond erzoekers slech ts hoefde uit te groeien na im plantatie in de baarm oeder. O ok besch rijft V an Leeuw enhoek voor het eerst de celkern, om precies te zijn op 3 m aart 1682 (Van Leeuw enhoek, 1682,1686). Na een eeuw van relatieve rust publiceert Felix Fontana in 1781 w aarnem ingen w aarbij hij in d ierlijke cellen "corp s oviform e" w aarneem t, ronde stru ctu urtjes die geduid m oeten w orden als celkernen (Franke, 1988). In 1833 m eldt de botanicus Robert Brow n dat hij in plantecellen steevast celkernen kon ontdekken en zijn bevindingen legden d aarm ee een fundam ent voor het concept dat de cel m et daarin een kern de functionele eenheid is van bijna alle m eercellige, levende organism en. D it concept werd verw erkt in de zogenaam de celtheorie, opgesteld in het m idden van de 19e eeuw en grotendeels toegeschreven aan de D uitse on d erzoekers Theodor Schw ann en M atthias Schleiden, respec tievelijk een bioloog en een botanicus. H et w as vooral Schleiden gew eest die de aand acht vestigde op een m ogelijke functie van de kern bij de celdeling. Toen in 1855 R u d olf V irchow , een Duits patholoog, bevestigd e dat alle cellen ontstaan door deling van een voorlopercel, w aren de drie postulaten van de celtheorie com pleet. Deze celtheorie stelt 1) dat levende organism en be staan uit een of m eer cellen m et daarin een kern, 2) dat de cel de fu n ctionele eenheid van het leven is en 3) dat cellen via deling uit een voorlopercel ontstaan. D oor het besch ikbaar kom en van verbeterde m icroscopen w erd het m ogelijk het inw endige van de cel en de celkern beter te bestuderen. H ierd oor ontdekten Eduard Strasbu rger en W alther Flem m ing in de tw eede helft van de 19e eeuw dat chrom osom en, voortkom end uit een cond ensatie van kernm ateriaal, het erfelij ke m ateriaal van de cel bevatten en dat doorgeven aan de d ochtercellen die het resultaat zijn van een celdeling. Flem m ing ontd ekte ook dat, voordat zo'n celdeling plaatsvindt, het aantal chrom osom en van een cel verdubbeld. Enkele jaren voordat deze
5
KERN GEZO ND ?
inzichten verkregen werden had de O ostenrijkse m onnik Gregor M endel zijn overervingsstudies aan de erwt afgerond, m aar behal ve hijzelf scheen niemand de waarde van deze gegevens te kunnen inschatten toen hij ze in 1865 publiceerde. M endel ontdekte echter als eerste de genen en hun overervingspatronen. Toen echter in het begin van de twintigste eeuw de plantenfysioloog Hugo de Vries en de beide botanici Carl Correns en Erich von Tscherm ak zijn resultaten reproduceerden, was de tijd rijp om inzichten uit de celtheorie te com bineren met deze erfelijkheidsstudies en werd het verband tussen genen en chrom osom en gelegd. Tot aan het einde van de 19e eeuw hadden dus voornam elijk botanici en plantenfysiologen het celbeeld bepaald, m aar in de tw in tigste eeuw nam de biochem icus het roer van hen over door d ieper in de m oleculaire sam enstelling van de cel eii celkern te duiken De eerste chem isch e analyses van de celkern w erden echter al in de zestiger en zeventiger jaren van de 19e eeuw u itgevoerd door de Z w itserse arts en chem icus Johan Friedrich M iescher. H ij w ist celkern en te isoleren en id entificeerd e daarin als eerste het DNA, dat hij n ucleine noem de. V erdere chem ische karakterisering leidde tot opheld ering van de sam enstelling van dit DNA en tot het in zich t dat DN A de bouw steen voor de chrom osom en vorm de en dus het erfelijkheid sm olecuu l w as. M aar het duurde tot 1953 alvorens deze kennis leidde tot de opheldering van de stru ctu u r van het D N A -m olecuul en daarm ee tot de herkenning van de m oleculaire m echanism en die onze erfelijkheid regu le ren. De studies van velen w erden d oor Jam es W atson en Francis C rick in het h elix-m od el voor het D N A -m olecuul sam en ge bracht, een d oorbraak die w aarsch ijnlijk de grootste vooruitgang van de laatste eeuw en is voor w at ons begrip van het leven betreft. W atson en C rick hebben ontdekt dat de blauw druk van onze erfelijkh eid besloten ligt in de opbouw van het D N A -m olecuul,
6
F.C.S. RAMAEKERS
aanw ezig in de kern van de cel. Deze zeer lange, draadvorm ige m oleculen zou m en kunnen vergelijken m et een bijna eindeloos lange code bestaand e uit vier letters, die in een schier oneindig aantal com binaties achter elkaar geplaatst w orden. Een soort gig antische streepjes code, die thans door de m oleculair bioloog gem akkelijk gelezen kan w orden. W e w eten nu dat onze erfelijk heid zit vervat in de 46 chrom osom en van elke celkern, w aarvan w e er 23 van ma en 23 van pa krijgen. De aparte erfelijke eigen sch appen w orden ieder bepaald door afzond erlijke genen, gelegen in die lange strengen DNA. Eén zo'n gen beslaat gem id deld zo'n 300.000 code-streepjes, terw ijl de totale DN A streng van de m ens enkele tienduizenden genen bevat, die dan ook nog slech ts ongeveer 10-20% van het totale DN A beslaan. De reste rende, overm aat aan DN A codeert niet voor specifieke eigen schappen m aar reguleert het foutloze aflezen van de gencodes. W ant de in form atie die is neergelegd in het DN A van de kern m oet, alvorens zijn gezag in de cel te kunnen laten gelden, w orden om gezet in u itein d elijk w erkzam e stoffen, de eiw itten. H et zal duid elijk zijn dat in het enorm e aantal genen dat bij deze p rocessen betrokken is w el eens fouten kunnen sluipen. Die fouten in het D N A w orden over het algem een efficiën t door de cel h ersteld , m aar dat is zeker niet altijd het geval. Zo zijn er thans bij de m ens zo'n 5.500 erfelijke ziekten bekend die het gevolg zijn van een blijven d e verandering in een gen, een zogenaam d e genm utatie. D eze erfelijke afw ijkingen, w aarvan sikkelcelan em ie, spierd ystrofie, hypercholesterolem ie en de taaislijm ziekte slechts enkele voorbeelden zijn, kom en in totaal bij on geveer 1% van de pasgeborenen voor (Schellekens e.a., 1993). A lles w at genen besch ad igt kan kanker veroorzaken. Een aantal zaken in het m ilieu kan D N A -schade veroorzaken, evenals eetgew oon ten en roken. Stralin g - w aaronder de u ltravioletstralen van de zon - kan het DNA ook beschadigen. Z o'n tachtig procent van de kankers w ordt w aarschijnlijk veroorzaakt door
7
KERN GEZO ND?
g enetische schad e uit dergelijke bronnen. Beschadiging van genen kan ook nog op andere m anieren ontstaan. Bij de d up li catie van het DNA kan een fout insluipen, terw ijl ook virussen het DNA kunnen beschadigen. K anker is een ziekte w aarbij door een opeen stapelin g van dergelijke genm utaties in een bepaalde cel deze cel ongecontroleerd kan gaan groeien. H ierdoor zal over het algem een een ongew enste accum ulatie van die cellen ont staan en kunnen deze cellen zelfs door het hele lichaam uitzaaien (N ed erland se K ank erbestrijd ing, 1992). H ierdoor kan op ver sch illen d e locaties levensbedreigende celgroei om zich heen grijpen. In de verschillend e vorm en van kanker zijn allerlei versch illen d e veranderingen in het DNA w aargenom en. D oor deze verand eringen nauw keurig te onderzoeken en te relateren aan de verand erd e eiw itproducten die door het gem odificeerde DN A w orden gecodeerd, zijn de inzichten in de m oleculaire basis van kanker in het afgelopen decennium enorm toegenom en en zijn bepaald e kankergenen (oncogenen) of kankeronderdrukkingsgenen (tum or-suppressorgenen) onderkend. Th an s zijn over de hele w ereld verspreid zesduizend onderzoe kers (o.a. in het zogenaam d e H um an G enom e project) doende om het m enselijke DNA in kaart te brengen. Het zal zes m iljard gulden kosten en vijftien jaar duren, m aar m en verw acht van dit project in de toekom st de duizenden erfelijke afw ijkingen u it het DN A te kunnen aflezen. W anneer m en dan w eet hoe een foute D N A -cod e tot ziekte leid t, zou m en tevens gem akkelijker een therapie kunnen ontw ikkelen (W atson, 1990; M cK usick, 1991; C ollin s, 1991). D eze therapie zou dan m et nam e m oeten berusten op de nieuw verw orven inzichten in de bouw en functie van genen en tot een correctie m oeten leiden van het defect in de DN A streng (G e zond heid sraad , 1989). B ehandeling w egens een erfelijke ziekte zou dan m oeten bestaan uit de toevoeging van het "gezon d e g en " aan cellen of w eefsels van de patiënt, die een defect gen bevatten, liefst m et een g elijktijd ige uitsch akeling van dat d efec
8
F.C.S. RAMAEKERS
te gen. In de m oleculaire biologie zijn verschillende m ethoden voor een dergelijke gen-overd racht of gen-vervanging ontw ik keld en beproefd voor toepassing bij de gentherapie.
3.
Toepassing van m oleculaire technologie in de moderne diagnostiek
A lvorens een (erfelijke) ziekte behandeld kan w orden m oet de precieze aard van het lijden onderkend w orden en de oorzaak vastgesteld zijn. Bij deze diagnostiek w erken vele klinische disciplin es en specialism en sam en, tegenw oordig m eer en m eer geholpen d oor de nieuw verw orven inzichten van de m oleculai re biologie. In nog steeds toenem ende m ate passen klinisch chem ici, klinisch genetici, hem atologen, m icrobiologen en pathologen bij de herkenning van ziekten technieken toe die gebaseerd zijn op d etectie, analyse en kw antificering van b iom o leculen in de aangedane cel. W e kunnen h ierbij grofw eg twee terreinen in de m oderne m ole cu laire d iagn ostiek onderscheiden. H et eerste is dat van de fen otyperin g van cellen, w aarbij het er om gaat het celtype dat een b ep aald e ziekte veroorzaakt, te onderkennen en te karakte riseren. De m eeste sprekende voorbeelden hiervan kom en uit de kan kerd iagn ostiek, w aarbij het zaak is de kw aadaardige cel te typeren, alvorens m en tot behand eling kan overgaan. O ver het algem een w ordt bij deze d iagnostiek afgegaan op de cel- en w eefselm orfologie. In die gevallen w aarbij een d iagnose langs deze w eg niet sluitend gem aakt kan w orden, w ordt de hulp van m oleculaire technieken ingeroepen, w aarm ee dan de cellen op basis van de daarin aanw ezige biom oleculen kunnen w orden herkend. V oor tum oren van het lym fe-systeem w ordt daarbij b ijvoorbeeld gebruik gem aakt van de enkele jaren geleden on t w ikkeld e P olym erase K etting R eactie, terw ijl voor de karakterisatie van deze en vele andere typen tum oren ook gebruik w ordt gem aakt van de zogenaam d e m onoclonale antistoffen. Deze
9
KERN GEZO ND?
laatste reagentia herkennen specifiek bepaalde eiw itten w anneer ze w orden toegepast in im m unocytochem ische procedures en kunnen zodoende cellen die verschillen qua eiw itsam enstelling van elkaar onderscheiden. Deze m onoclonale antistoffen kun nen thans bereid w orden langs m oleculair b iologische w eg via het Phage D isplay systeem , een procedure die ook binnen onze vakgroep w ordt gebruikt voor de aanm aak van nieuw e antilicham en. Een tw eede terrein van d iagnostiek is dat van de genotypering, w aarbij de nadruk m eer ligt op het onderkennen van de gen eti sche oorzaak van een bepaalde ziekte. O nderkenning van beken de d efecten in het DNA van een te onderzoeken cel of w eefsel kan echter ook gebruikt w orden als d iagnostisch criterium . R ecente ontw ikkelingen op het gebied van de in situ h ybridisatie-techniek m aken het m ogelijk een aantal van deze afw ijkingen in de cel zich tbaar te m aken. Zodoende is het niet alleen m ogelijk om in volw assen cellen afw ijkingen te d etecteren, m aar kunnen tevens erfelijk e afw ijkingen in em bryonale cellen w orden vast gesteld. De toepassing van deze in situ hybridisatie-procedures bij de d iagn ostiek van ziekten en een verdere uitbouw van deze tech nologie vorm t een belangrijke lijn van onderzoek binnen ons laboratorium .
4.
G entherapie, van kloon naar kliniek
O nze genen bepalen grotendeels w at en w ie we zijn. Z elfs ons gedrag w ordt deels d oor genen bepaald. G enen zetten ons er toe aan hun in form atie door te geven aan ons nageslacht en op de keper beschou w d zijn m ens, dier, plant en m icro-organism e slech ts tijd elijke dragers van genen die naar onsterfelijkheid streven (D aw kins, 1978). D oor gebrek aan kennis om trent de stru ctu u r en het functioneren van die genen is het organism e, ook de m ens, in feite aan de w illekeur van zijn eigen genetische in form atie u itgeleverd. D aar lijkt nu dus verandering in te
10
F.C.S. RAMAEKERS
kom en door de verw orvenheden van de m oderne m oleculaire celbiologie. Erfelijke ziekten kunnen genezen worden w anneer m en erin slaagt de genetische inform atie die de ziekte veroor zaakt te corrigeren. H oew el deze zogenaam de gentherapie op vele niveaus nog allerlei onvolm aaktheden vertoond, zijn enkele genetisch bepaald e aandoeningen al succesvol behandeld, zij het op zeer beperkte schaal. De onvolm aaktheden van de m ethodie ken roepen echter nog bij velen een onbehaaglijk gevoel op en vervult de biom ed ici terecht m et de nodige bezorgdheid en terughoudendheid. Ik zou graag voorop w illen stellen dat, voor wat betreft gentherapie op orgaan-niveau, de zogenaam de somatische gentherapie waarbij dus slechts een deel van de cellen binnen één persoon wordt gem odificeerd, wereldwijd een brede consensus bestaat over het geoorloofd zijn van deze behandelingsm ethode. Het valt dan ook niet te verw achten dat deze vorm van therapie nieuwe m aatschap pelijke, juridische of ethische problemen zal veroorzaken. Dat betekent niet dat voor deze vorm van genetische m odificatie geen bijzondere regels en procedures in acht genomen dienen te worden, m aar die gelden in feite voor iedere nieuwe vorm van therapie (Gevers, 1985; Gezondheidsraad, 1989). G eheel anders ligt het w anneer het de gentherapie op het niveau van de geslachtscellen, de bevruchte cel of het zeer jonge em bryo betreft, een behand eling w aardoor een genetisch defect in het n ageslacht w ordt voorkom en. De aangebrachte verandering zal dan echter steeds w orden doorgegeven van geslacht op geslacht en w ordt als het w are vastgebakken in het erfelijke m ateriaal van een hele fam ilie. A fgezien van de technische obstakels w ordt deze vorm van gentherapie al gauw beschouw d "als een eerste stap op een w eg die kan leiden tot het kunstm atig aanbrengen van b lijv en d e veranderingen in het m enselijk genoom " (Gevers, 1985). De diep ingrijpend e m aatschappelijke veranderingen die deze vorm van therapie tot gevolg zou kunnen hebben, zijn thans onderw erp van heftige discussies w aar ik in deze context niet
11
KERN GEZO N D ?
verder op in w il gaan (zie ook het avies van de G ezondheidsraad, 1989). Ik zou ter illu stratie van de m ogelijkheden om afw ijkingen in het DN A te herstellen en d aardoor ziekten een halt toe te roepen of in de toekom st m ogelijk te genezen, enkele voorbeelden w illen noem en van ziekten w aarbij gentherapie op orgaan-niveau thans reeds m ogelijk is of in de nabije toekom st m ogelijk zal zijn. A anvankelijk verliepen de pogingen om gentherapie toe te passen bij bepaalde afw ijkingen vooral via de behand eling van b eenm ergcellen, om dat die cellen relatief gem akkelijk te isoleren zijn en het verm ogen bezitten om te blijven delen. In de afgelopen jaren zijn belangrijke vorderingen gem aakt dankzij de on tw ik keling van m ethoden voor hom ologe recom binatie, w aarbij een u itw isseling plaatsvind t tussen het ingebrachte DNA, dat via klon erin gstech n ieken is geisoleerd en het in de cel aanw ezige overeenkom stige zieke gen. D it m aakt het in principe m ogelijk een m utatie in een gen ongedaan te m aken door deze te vervan gen door het intacte DN A, of een dom inant "z ie k gen " uit te schakelen door dit te vervangen door onschu ldig DN A dat de functie teniet doet. H et lijkt thans zelfs m ogelijk door directe inenting van kaal DN A op bepaalde plaatsen in het lichaam een transfectie te bew erkstelligen en expressie van de ju iste eiw itten op de plaats van insp uiting te verkrijgen (A scadi e.a., 1991; G rom pe e.a., 1990; P artridge, 1991). H ierdoor lijkt het dus m o gelijk gentherapie te bed rijven in cellen die norm aal niet m eer delen (zoals bijvoorbeeld de spiercellen), zonder dat die cellen uit het lichaam verw ijderd hoeven te w orden en zonder gebruik te hoeven m aken van bepaalde vectoren, zoals plasm iden of retrovirussen. In septem ber 1990 w erd voor het eerst een vierjarig m eisje dat leed aan ad en osin e-d eam in ase-(A D A )-d eficiëntie via gen th era pie behandeld. C ellen u it haar beenm erg w erden buiten haar lichaam , via transfectie-proced ures ontw ikkeld in m oleculair b iologisch e laboratoria , voorzien van een gezond gen dat na
12
F.C.S. RAMAEKERS
terugspuiten van de cellen het w erk overnam van het defecte gen. Z ond er het A D A -enzym zou het kind geen norm aal w er kend afw eersysteem bezitten, m et alle gevaren vandien (The Econom ist, 1992; Schellekens e.a., 1993). N a deze eerste behand eling volgden m eerdere en is voor toe kom stige behandelingen toestem m ing bij de desbetreffende in stanties aangevraagd. M om enteel richt onderzoek zich o.a. op de toepassing van gentherapie via levercellen en huidcellen, de zogenaam d e fibroblasten. H et inbrengen van nieuw e, intacte genen in deze cellen zou in het geval van bloedziekten of in het geval van gebrekkige productie van bepaalde horm onen uit kom st kunnen brengen. V erder hebben huidcellen, evenals de been m ergcellen , het voordeel dat ze gem akkelijk verkregen kunnen w orden en sterk zijn, w aardoor de behandelingen die ze in het laboratorium m oeten ondergaan, goed doorstaan kunnen w orden. O ok zou m en via isolatie van huidcellen van patienten m et bepaald e erfelijke huidaandoeningen, w aarvan het gene tisch defect bekend is of thans zeer gem akkelijk te diagnostiseren is, gevolgd door gentherapie en huidceltransplantatie, genezing kunnen bew erkstelligen. In principe zou een d ergelijk behandelingsschem a m ogelijk m oeten zijn bij bepaalde vorm en van epid erm olysis bullosa sim plex (Fuchs & C oulom be, 1992). O ok bij de behandeling van kanker lijkt gentherapie m ogelijk uitkom st te bieden. H et afw eersysteem van de kankerpatient zou gestim uleerd kunnen w orden tot het opruim en van de kanker cellen, doordat zijn afw eercellen voorzien w orden van het T u m or N ecrose Factor-gen, een eiw it dat tum orcellen in het lichaam uitschakelt. V oor de behand eling van hart- en vaatziekten, bijvoorbeeld in het geval van een te hoog cholesterol-gehalte door een erfelijke d eficien tie aan L D L -receptor-eiw it, w aardoor op jonge leeftijd atherosclerose ontstaat, w orden thans pogingen ondernom en geisoleerd e levercellen genetisch te m odificeren. H ierdoor m oe
13
KERN GEZO ND ?
ten zij w eer het ju iste L D L -receptor-eiw it gaan m aken, dat dan zorg draagt voor het handhaven van norm ale cholesterol-niveaus in het bloed (Schellekens e.a., 1993).
5.
Plaats van de m oleculaire celbiologie en genetica in het geneeskunde onderw ijs
A an de hand van het voorafgaande heb ik getracht duidelijk te m aken dat het w elzijn van de m ens in aanleg afhankelijk is van een n orm aal functionerend DN A in de celkern. Treden er in dat D N A m od ificaties op die een verandering in de stru ctu ur of aanm aak van eiw itten tot gevolg heeft, dan kan dat tot gevolg hebben dat organen of cellen uit een orgaan suboptim aal fun c tioneren. V erd er kan een gevolg van D N A -schade zijn dat cellen ongecontroleerd gaan groeien, w aardoor kanker ontstaat of een b loed vat w ordt afgesloten in geval van atherosclerose. De m o lecu laire biologie heeft door de storm achtige ontw ikkeling van de recom binant-D N A -technologie de gereedschappen in han den gekregen om de defecten op gen-niveau te identificeren en te karakteriseren. H ierd oor kan een betere diagnose w orden gesteld en daard oor een optim alere behandelingsprocedure w orden voorgesteld. Behalve in de genetica w ordt ook binnen de hem atologie, de m oleculaire pathologie, de klinische chem ie, de m icrobiologie en virologie thans in ruim e m ate gebruik gem aakt van deze recente verw orvenheden van de m oleculaire biologie. D e ontw ikkelingen op het gebied van de gentherapie m aken het m ogelijk de geid entificeerde d efecten op gen-niveau te repareren. H et ligt in de lijn der verw achtingen dat deze nieuw e m ethoden van d iagn ostiek en therapie in toenem ende m ate de huidige proced ures zullen gaan aanvullen en m ogelijk zelfs deels gaan vervangen. V oor de arts van de toekom st, w iens opleiding echter op het ogenblik reeds is begonnen, liggen dan ook taken in het
14
F.C.S. RAMAEKERS
versch iet die een su bstantiëlere kennis van de m oleculaire bio logie en genetica vereisen dan dat tot nu toe het geval is. H et hele m edisch denken en handelen zal de kom ende jaren sterk veranderen en de curricula zullen dienovereenkom stig aange past m oeten w orden. Ter illu stratie van de storm achtige on tw ik kelingen binnen de klin isch e d isciplines is het niet eens nodig om naar de gespecialiseerd e vakbladen te verw ijzen. Im m ers het is reeds v old oen de om de m eer algem ene m edische tijdschriften, zoals T he Lancet, New England Jou rnal of M edecine of het N ed erland s T ijd sch rift voor G eneeskunde, te raadplegen om te bem erken da t de bijdrage van m oleculair georiënteerde artikelen sterk toeneem t. Het is de taak van de m edische faculteiten in het algem een en van de M aastrichtse in het bijzonder basisartsen af te leveren die in staat zullen zijn de nieuw ste ontw ikkelingen via de bovengenoem de literatuurbronnen te volgen. Er zal een b elan grijke rol voor de basisarts zijn w eggelegd w anneer het de g efu nd eerd e en objectieve voorlichting van zijn patienten inzake m oderne diagnostiek en m oleculaire therapie betreft. De m aat sch ap p elijk e d iscussie rondom deze onderw erpen zal d oorklin ken tot in de spreekkam er. W aar het de m oleculaire diagnostiek en de gentherapie betreft zal de m edisch specialist op gelijkwaardig niveau moeten kunnen overleggen met moleculair biologen en medisch biotechnologen. Er m oet ons dan ook alles aan gelegen zijn de kloof tussen funda m enteel biom edische kennis en onderzoek enerzijds en klinische zorg en research anderzijds, zoveel m oglijk te verkleinen. Alleen zo zal uiteindelijk de patiënt profijt kunnen hebben van onze nieuw e inzichten en van onze geavanceerde technologie. Een optim ale voorbereid ing van de basisarts op deze ontw ik kelingen in de patiëntenzorg en op zijn m ogelijke rol in toekom stig biom ed isch onderzoek is slechts dan m ogelijk w anneer, bij w ijze van spreken, het D N A -m olecuul de rode draad van het curriculum vorm t. H ieraan kan dan niet alleen het onderw ijs van
15
KERN GEZO ND ?
de norm ale ontw ikkeling opgehangen w orden, m aar kunnen tevens pathologische afw ijkingen, variërend van congenitale afw ijking tot frequent voorkom ende aandoeningen als hart- en v aatziekten en kanker, gerelateerd w orden. K ortom , iedere arts zal m eer en m eer geconfronteerd m oeten w orden met het pri m aire d efect van een ziekte. Aan deze ontw ikkelingen w illen we vanuit onze vakgroep M oleculaire C elbiologie & G enetica een stevige bijd rage leveren.
6.
D ankwoord
Tot besluit van mijn betoog w il ik graag enkele w oorden van dank uitspreken. Leden van het C ollege van Bestuur en het Bestuur van de Faculteit der G eneeskunde van de Rijksuniversiteit Lintburg Ik ben u erkentelijk voor het vertrouw en dat u in m ij stelt, blijk ens mijn benoem ing tot hoogleraar in de M oleculaire C el b iologie en tot voorzitter van de vakgroep M oleculaire C elbio logie & G enetica. D oor verdere uitbouw van de academ ische taken van deze vakgroep hoop ik dit vertrouw en w aar te kunnen m aken en zorg te kunnen dragen voor de verdere integratie van de basisd iscip lin es celbiologie en genetica binnen onderw ijs en ond erzoek aan uw U niversiteit. G eachte C ollega's, beste Joep, beste M arcel Ik prijs me gelukkig sam en m et ju llie de huidige vakgroep te kunnen besturen. Ju llie kennis en kunde op het gebied van de genetica en de celm orfologie is van w ezenlijk belang voor ons ond erw ijs en onderzoek. De onderlinge kru isbestu iving tussen onze verschillend e aandachtsgebieden begint reeds vruchten af te w erpen. G eachte Collega's binnen het Thema G roei & D ifferentiatie De benoem ing tot voorzitter van dit them a volgde snel op mijn
16
F.C.S. RAMAEKERS
aan stellin g aan deze universiteit. Het heeft mij dan ook gedw on gen me snel in te w erken in de bestuurlijke aspecten die verbon den zijn aan het leiden van een dergelijke onderzoeksorganisatie. Ik hoop dat ik uw vertrouw en niet beschaam d heb. Verdere reorganisaties in de nabije toekom st zullen ertoe m oeten leiden dat het oncologisch en ontw ikkelingsbiologisch onderzoek dat binnen het Them a G roei & D ifferentiatie plaatsvindt, stevig verankerd w ordt in de onderzoeksm atrix, op basis w aarvan dan een verdere uitbouw van de sam enw erking met onderzoekers van het A cadem isch Z iekenhuis M aastricht kan plaatsvinden. M edeiverkers van de vakgroep M oleculaire C elbiologie & Genetica W e hebben een hectische tijd achter de rug, er is veel gepresteerd, een nieuw e vakgroep is gevorm d. Dankzij jullie inzet en flexibi liteit hebben w e er een eenheid van kunnen m aken die nu reeds enige bekendheid geniet. Er m oet nog flink getim m erd en ge schaafd w orden aan de afw erking en de onderzoekslijnen m oe ten m eer gestroom lijnd en op elkaar afgestem d w orden. M aar ik ben in het laatste jaar alleen m aar gesterkt in m ijn verw achtingen dat w e er sam en iets indrukw ekkends van kunnen maken. G eachte C ollega onderzoekers van het Biom edisch Centrum en van het A ZM , in het bijzonder binnen de Thema's Hart & V aatziekten, V oeding & M ilieu, P erinatologie en Veroudering, Collega onderzoe kers in den lande en daarbuiten Sam enw erken is een absolute voorw aarde om in de huidige m aalstroom van bezuinigingen en niet aflatende concurrentie het hoofd boven w ater te houden. Laten we proberen de ons ter besch ikking staande m iddelen van eerste, tweede en derde geld stroom zo efficiënt m ogelijk te besteden in w at we gezam en lijk als relevant onderzoek bestem pelen. Ik heb m ij als doel gesteld de afstand tussen klinisch en biom edisch onderzoek verd er te verkleinen, zodat u iteind elijk de verkregen basale kennis ook daadw erkelijk bij de behandeling van patiënten ingezet kan w orden.
17
KERN GEZO ND?
D ames en heren studenten G eneeskunde Ik hoop dat u de kans krijgt om de snelle ontw ikkelingen op het gebied van de m oleculaire geneeskunde te kunnen volgen. U zult zich d ie kennis eigen m oeten m aken om optim aal voorbereid te zijn op uw toekom stige patiëntenzorgtaak en daarnaast de b a gage te hebben om een bijdrage te kunnen leveren in biom edisch onderzoek. Dames en lieren studenten G ezondheidsw etenschappen. In de afgelopen periode ziet de vakgroep uw interesse toenem en v oor de m eer m oleculaire aspecten van uw studie. De m edew er kers van de vakgroep M oleculaire C elbiologie & G enetica zullen voor u klaar staan, als het er om gaat dit enthousiasm e te beantw oorden. Pa en ma, schoonm a en fam ilieleden. Bedankt voor ju llie nooit aflatende interesse en steun. Ik hoop dat ik enigszins de zin van onderzoek naar de basis van het leven op ju llie heb kunnen overbrengen. Tineke De sch ijn b aar nooit aflatende en eigenlijk aldoor m aar groter w ordende aanslagen die het w erk pleegt op m ijn tijd en hum eur hebben vaak een zw are w issel getrokken op jouw geduld. Toch kon je steed s de kracht opbrengen om het gezin draaiende te houden en m ij vrij te spelen als het nodig w as. Dat vind ik knap en ik w il je daarvoor bedanken. G iel, joppe en N out Jon gen s, m annetjes, bed ankt dat jullie zoveel geduld met m e hebben en m e ju llie vriendschap blijven geven zonder daar iets voor terug te verw achten. Ik heb gezegd en dank u allen voor uw aandacht.
18
F.C.S. RAMAEKERS
7.
Geraadpleegde literatuur
A lberts B, Bray D, Lew is J, R aff M, Roberts K, W atson JD. M olecu lar biology of the cell, 2nd Edition. G arland Publ. Inc., N ew Y ork & London, 1989. A scadi G, D ickson G, Love DR, Jan i A, W alsh FS, G u rusinghe A, W olff JA , D avies KE. H um an dystrophin expression in mdx m ice after intram uscular injection of DN A constructs. N ature 1991; 352: 815-818. C ollin s FS. The G enom e P roject and hum an health. FASEB J. 1991; 5: 77. D aw kins R. T he selfish gene. G ranada Publishing Ltd., London, 1978. T he Econom ist. C hanging your genes. 25 april 1992; 11-12. The Econom ist. The tiniest transplants. 25 april 1992; 95-97. Franke W W . M atthias Jacob Schleiden and the definition of the cell nucleus. Eur J C ell Biol. 1988; 47: 145-156. Fuchs E, C oulom be PA. O f m ice and men: genetic skin diseases o f keratin. C ell 1992; 69: 899-902. G evers JK M . Ethische en ju rid ische aspecten van m anipulatie van m en selijk erfelijkheidsm ateriaal. M etam edica. 1985; 64: 326335. G ezondheidsraad. E rfelijkheid: w etenschap en m aatschappij. O ver de m ogelijkheden en grenzen van erfelijkheidsdiagnostiek en gentherapie. A dvies u itgebracht aan de M inister en de Staats secretaris van W elzijn, V olksgezondheid en C ultuur, 's-G ravenhage 1989; pp.68-72.
19
KERN GEZO ND ?
G rom pe M, Jon es SN, C askey CT. M olecular detection and correction of ornithine transcarbam ylase deficiency. Trends in G enetics 1990; 6: 335-339. Leeuw enhoek A van. B rief no. 35 van 3 m aart 1682. In: Alle de brieven van A ntoni van Leeuw enhoek. U itgever Sw ets en Zeitlinger, A m sterdam . Deel III, 1948; 382. Leeuw enhoek A van. O ntledingen en ontdekkingen van levende dierkens in de teel-deelen van verscheyde dieren, vogelen en visschen: van het hout m et der selver m eningvuldige vaaten. Boutesteyn, Leyden, 1686; 1-40. M cK usick VA. C urrent trends in m apping hum an genes. FASEB J. 1991; 5: 12-20. N ed erland se K ankerbestrijding/ K W F. C ellen uit form atie. Bio logische begrip pen en processen toegelicht aan kanker (testuitgave). Z orn U itgeverij b.v., Leiden, 1992. P artrid ge TA. M u scle transfection m ade easy. N ature 1991; 352: 757-768. Sch ellekens H, e.a.: De D N A -m akers. A rchitecten van het leven. N atu ur & Techniek, M aastricht/Brussel, 1993. W atson JD . T he H um an G enom e Project: past, present and future. Science 1990; 248: 44-49. W olfe SL. M olecu lar and cellular biology. W adsw orth publish ing C om pany. B elm ont, C alifornia, 1993.
20
