De Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) kent dit jaar 34 wetenschappers een persoonsgebonden Vici-beurs van 1,5 miljoen euro toe, bedoeld als onderzoeksfinanciering voor een periode van vijf jaar. Het Leids Universitair Medisch Centrum te Leiden valt in de prijzen met twee preklinische projecten: moleculair bioloog dr. Alfred Vertegaal voor onderzoek naar de rol van SUMO-eiwitten in celdelingen en patholoog en klinisch moleculair bioloog prof. dr. Judith Bovée voor haar werk aan de moleculaire pathologie van sarcomen. Beide onderzoeken vallen binnen het LUMC-profileringsgebied Cancer Pathogenesis and Therapy.
SUMO-eiwitten (SUMO staat voor small ubiquitin-like modifier) zijn kleine, aan ubiquitine verwante eiwitten die in cellen kunnen worden verbonden aan andere eiwitten. Uit eerder onderzoek van Alfred Vertegaal, die sinds 2003 werkzaam is bij de afdeling Moleculaire Celbiologie, is gebleken dat deze posttranslationele modificaties grote invloed uitoefenen op cellulaire processen zoals transcriptie, pre-mRNA-splicing, translatie, eiwittransport, replicatie en herstel van DNA-schade. Er zijn inmiddels vier SUMO-typen beschreven en een driestapscascade van SUMO-conjugerende enzymen. Ook bestaan er specifieke proteasen die SUMO weer van hun doeleiwitten kunnen verwijderen.
Sinds de jaren vijftig van de vorige eeuw is bekend dat eiwitfuncties kunnen worden gemodificeerd door plaatsing van fosfaatgroepen en dat deze fosforylering onder andere cruciaal is voor de celdelingsregulatie. Inmiddels zijn er ruim 25 medicamenten goedgekeurd die zijn gericht tegen fosforyleringsenzymen (kinases), vaak toegepast als antikankermiddel.
Het vergelijkbare proces van SUMO’ylering werd pas in 1996 ontdekt, het jaar waarin Vertegaal in Leiden afstudeerde als biomedisch wetenschapper. Inmiddels is, mede dankzij het werk van zijn onderzoeksgroep, veel meer over SUMO-eiwitten bekend. “We hebben een nieuwe methodologie ontwikkeld om doeleiwitten op te sporen en dat heeft geleid tot de SUMOylation Motif Matcher, een programma waarmee kan worden voorspeld of en op welke plaats eiwitten kunnen worden ge-SUMO’yleerd.”
Rol in celdeling
Voorts vond Vertegaal sterke aanwijzingen dat SUMO’ylering en fosforylering elkaar beïnvloeden. Hij ontdekte ook dat zodra de SUMO-conjugatiecascade wordt uitgeschakeld, de celdeling stagneert. “Dat biedt natuurlijk perspectieven voor het ontwikkelen van nieuwe medicijnen tegen kanker. We willen nu preciezer weten welke celdelingseiwitten op welke plekken worden ge-SUMO’yleerd, maar vooral ook hoe SUMO’ylering en fosforylering in het celdelingsproces met elkaar samenwerken en elkaar in balans houden.”
Vertegaals onderzoek aan SUMO’s leverde al eerder Veni- en Vidi-subsidies op en een toelage van de European Research Council. “Deze Vici heet weliswaar een persoonlijke subsidie te zijn, maar onderzoek is teamwork en ik zie deze toekenning als groot compliment aan mijn hele onderzoeksgroep. In het huidige project richten wij ons specifiek op celdelingsprocessen en de mogelijke resultaten geven richting aan de ontwikkeling van nieuwe antikankerbehandelingen.”
Drie deelprojecten
Judith Bovée, werkzaam op de afdeling Pathologie, wil nader onderzoeken hoe sarcomen ontstaan en zoekt naar nieuwe therapeutische wegen. Sarcomen zijn zeldzame tumoren in botten en weke delen, die vaak bij jonge patiënten voorkomen. Van de circa 800 Nederlandse patiënten die jaarlijks deze diagnose krijgen, worden er zo’n 300 behandeld in het LUMC. Er zijn inmiddels ruim 50 verschillende sarcoomtypen beschreven en Bovée heeft daar in belangrijke mate aan bijgedragen. “Het probleem is dat er voor sarcomen nauwelijks representatieve modelsystemen bestaan,” legt zij uit. “Noch ten behoeve van fundamenteel onderzoek naar het ontstaan ervan, noch om behandelingen te testen. We willen nu sarcomen genereren door uit te gaan van verschillende typen stamcellen of voorlopercellen en ook gaan we microtumoren opkweken uit cellen die we isoleren uit chirurgisch verwijderd tumormateriaal. Deze aanpak zal worden gevolgd door drie promovendi die verschillende sarcoomtypen voor hun rekening nemen: kraakbeentumoren, vaattumoren en osteosarcomen.”
Gemuteerde voorlopercellen
Voor het kraakbeentumorproject zullen humane mesenchymale stamcellen (MSC’s) worden gebruikt, voor het vaattumorproject human umbilical vein endothelial cells (HUVEC’s) en voor het osteosarcoomproject MSC’s uit muizen en honden. Bovée: “Er zullen genetische veranderingen in deze cellen worden geïnduceerd waarvan we weten dat ze essentieel zijn voor de groei van sarcomen. Vervolgens gaan we kijken in hoeverre die stamcellen inderdaad sneller gaan groeien en of ze tumoren gaan vormen. Bij kraakbeentumoren is sprake van een meerstapsprogressiemodel. Uit uitgebreide DNA-sequencing van patiëntenmateriaal is gebleken dat het gaat om mutaties in genen van isocitraatdehydrogenase, exostosineglycosyltransferase, p53-eiwit en retinoblastoomeiwit (Rb), maar ook van collageen-2A1, waarvan nog niemand weet wat dit in de tumorcellen doet. De veelal inactiverende mutaties zullen zowel worden geïnduceerd met de betrekkelijk nieuwe CRISPR-Cas9-technologie als door transfectie met behulp van lentivirussen die short-hairpin-RNA’s bevatten. En als het met de MSC’s niet wil lukken, zullen we overgaan op geïnduceerde pluripotente stamcellen.
Bij vaattumoren is vaak sprake van chromosomale translocaties die hebben geleid tot oncogene genfusies. Daarom gaan we HUVEC’s voorzien van dergelijke fusieproducten. We hebben in het verleden aangetoond dat genfusies bij het epithelioïde hemangioom leiden tot een verkorte versie van een bepaald eiwit, dus het volstaat om de stamcellen te voorzien van een gen dat codeert voor zo’n verkort eiwit. Voor dit project werken we samen met dr. Karoly Szuhai van de afdeling Moleculaire Celbiologie.
Het osteosarcoom ten slotte kent veel verschillende genetische veranderingen, maar we tasten nog in het duister omtrent de founder mutations. MSC’s uit muizen en honden vormen in het laboratorium spontaan tumoren, vaak osteosarcomen. Door die zorgvuldig te monitoren, hopen we te ontdekken welke mutaties de genomische instabiliteit induceren. Tegenwoordig wordt van veel tumoren het hele genoom in kaart gebracht om te zien of er afwijkingen zijn waar men specifiek een therapie op kan richten. Die sequencing levert veel gegevens op waarvan men meestal geen idee heeft wat ze allemaal betekenen. Met de door ons voorgestelde tumormodellen hopen we de consequenties van die genetische afwijkingen te zien.”
Gekweekte minitumoren
De andere pijler is het tot driedimensionale micro-sarcs opkweken van cellen die zijn geïsoleerd uit primaire sarcomen. Deze modellen worden ontwikkeld in samenwerking met dr. Erik Danen van de afdeling Toxicologie van het Leiden Academic Centre for Drug Research. Bovée: “De bot- en kraakbeentumorcellen stimuleren we met specifieke groeifactoren om, in plaats van één cellaag te vormen, hun eigen extracellulaire matrix te produceren en uit te groeien tot tumorcelklompjes. Getransformeerde endotheelcellen willen we op een vergelijkbare manier dwingen tot een soort vaatgroei in de kweekbakjes.”
De tumormodellen wil Bovée uiteindelijk gebruiken om goed in kaart te brengen welke moleculaire signaleringspaden in de tumoren (hyper)actief zijn en met welke bestaande medicijnen deze paden kunnen worden geblokkeerd. “In het tweede deel van het onderzoek willen we, in samenwerking met dr. Liam McDonnell en prof. dr. Manfred Wührer van het Leidse Center for Proteomics and Metabolomics, micro-sarcs die zijn opgekweekt uit patiëntenmateriaal analyseren met behulp van imagingmassaspectrometrie. Deze methodologie moet uiteindelijk leiden tot een methode om bij individuele patiënten (combinaties van) antikankermiddelen te testen. De driedimensionale modellen bieden zo een platform voor therapie op maat.”
Er zijn volgens Bovée tot nu toe relatief weinig antikankermiddelen geregistreerd voor sarcomen. “Vandaar initiatieven als de DRUP-studie (Drug Rediscovery Protocol), waarin patiënten niet worden geïncludeerd op basis van hun tumortype, maar op basis van DNA-profielen van tumorbiopten. Het gaat dan om uitbehandelde patiënten die vervolgens doelgerichte medicijnen krijgen. De farmaceutische industrie zal niet snel nieuwe middelen ontwikkelen voor een zeer zeldzaam sarcoomtype, maar mogelijk zijn sommige middelen die voor andere tumoren zijn geregistreerd prima inzetbaar bij sarcomen.”
Dr. Jan Hein van Dierendonck, wetenschapsjournalist
Oncologie Up-to-date 2017 vol 8 nummer 2
DEEL DIT ARTIKEL:
