Ribosomale defecten in kanker Seminarie UCLL Isabel Hofman 15/03/2017
Overzicht DEEL I Inleiding DEEL II Ribosoomdefecten in kanker & oncogene mechanismen DEEL III Recent werk DEEL IV Algemene conclusie & open vragen
Overzicht DEEL I Inleiding 1) De oncogene nucleolus 2) Het onveranderlijke ribosoom? 3) Zebravis RP mutanten 4) Erfelijke beenmergziekten 5) Ribosoomdefecten in beenmergziekten 6) Kankerpredispositie in beenmergziekten
Introductie De oncogene nucleolus Nucleolus = plaats van ribosoom productie Pianese (1876): Kankercellen kunnen herkend worden aan het aantal en densheid van de nucleoli
Introductie Het onveranderlijke ribosoom? Ribosoom = eiwitfabriek van de cel Sterk geconserveerd in alle domeinen Bestaat in de mens uit: Kleine subeenheid (40S) 18S rrna + 33 RPs Grote subeenheid (60S) 5S rrna + 28S rrna + 50 RPs Ribosomale proteïnen = RP RP van kleine subeenheid = RPS (bvb. RPS19) RP van grote subeenheid = RPL (bvb. RPL5)
Introductie Het onveranderlijke ribosoom? Ribosoom = eiwitfabriek van de cel Sterk geconserveerd in alle domeinen = molecular machine Noodzakelijk voor groei, zeker in kankercellen Dus onveranderbaar en niet muteerbaar...?
Introductie Zebravis RP mutanten Amsterdam (2004) Zebravisscreen voor lijnen die tumoren ontwikkelen 12 lijnen die zenuwceltumoren ontwikkelen 11/12 hebben een heterozygote mutatie in een RP
Introductie Zebravis RP mutanten Amsterdam (2004) RPs zijn grote klasse tumorsuppresors in zebravis In andere vertebraten maar twee eerdere reports: muis kanker cellijnen met mutatie in RPL9 of RPL26 mutaties in RPS19 in beenmergziekte
Introductie Erfelijke beenmergziekten Overlappende symptomen: - Abnormaal beenmerg - Bloedarmoede - Infecties Voor sommige is de genetische oorzaak gekend - Ribosomopathieën als oorzaak zich in ribosoom of ribosoomproductie bevindt
Introductie Ribosomopathieën Syndroom Genetisch defect Symptomen Kankerpredispositie Diagnose Diamond-Blackfan Anemie Schwachman-Diamond Syndroom Dyskeratosis congenita Niet erfelijke MDS: Verschillende RPs (meest voorkomend RPS19, RPL5 & RPL11) SBDS (ribosoom productie) DKC1 (ribosoom productie) Anemie Korte gestalte Defecten in het gezicht en de handen Infecties Korte gestalte Pancreas insufficiëntie Vlekken op de huid Abnormale nagelgroei MDS AML Colon Osteosarcoma MDS AML AML Hoofd- en nek-tumoren Verhoogde Hgb F Verhoogd ADA Sequencing van RPs Lage serum trypsinogen Lage pancreas isoamylase Sequencing van SBDS Telemore length analyse MDS met del(5q) RPS14 Anemie AML Beenmergbiopsie
Introductie Kankerpredispositie in beenmergsyndromen Syndroom Genetisch defect Kankerpredispositie Diamond-Blackfan Anemie Verschillende RPs (meest voorkomend RPS19, RPL5 & RPL11) MDS met del(5q) RPS14 AML Schwachman-Diamond Syndroom Dyskeratosis congenita SBDS (ribosoom productie) DKC1 (ribosoom productie) MDS (O/E = 287) AML (O/E = 28) Colon (O/E = 36) Osteosarcoma (O/E = 33) MDS AML Cumulatief risico op kanker 36% op 30-jarige leeftijd Hoofd- en nek-tumoren (O/E = 1154) AML (O/E = 196)
Conclusie DEEL I Kankercellen kunnen onder de microscoop herkend worden door het aantal en uitzicht van de nucleoli, plaats van ribosoomproductie Het ribosoom werd initiëel gedacht onveranderlijk te zijn Maar in het begin van de 21 ste eeuw werden de eerste linken gelegd tussen ribosoomdefecten en kanker onder andere in zebravissen en in (aangeboren) beenmergsyndromen
Overzicht DEEL I Inleiding DEEL II Ribosoomdefecten in kanker & oncogene mechanismen DEEL III Recent werk Deel IV Algemene conclusie & open vragen
Overzicht DEEL II Ribosoomdefecten in kanker 1) Rol van next-generation sequencing & array technologie 2) Overzicht van de defecten 3) Aard van de defecten Mogelijke mechanismen achter ribosoomdefecten in kanker 1) Translatie 2) Extra-ribosomaal: TP53/MYC 3) Overkoepelend
Ribosoomdefecten in kanker Rol van next-generation sequencing Eerste oncogenen ontdekt d.m.v. forward genetic screens Enkel mogelijk om sterke oncogenen te identificeren die alleen of met een minimaal aantal andere hits cellen kunnen transformeren
Ribosoomdefecten in kanker Rol van next-generation sequencing First generation sequencing Sanger sequencing
Ribosoomdefecten in kanker Rol van next-generation sequencing Next generation sequencing (NGS) Mogelijk om hele genomen of exomen te sequencen vaak met minder startmateriaal Voor kankergenomen: alle aanwezige varianten kunnen in kaart gebracht worden
Ribosoomdefecten in kanker Rol van array technologie Hybridisatie van stalen op arrays kan verschillen in aantal kopijen aantonen deleties of amplificaties kunnen op grote schaal ontdekt worden
Ribosoomdefecten in kanker Overzicht van de defecten
Ribosoomdefecten in kanker Overzicht van de defecten
Ribosoomdefecten in kanker Aard van de defecten Aard van de defecten zegt iets over hun mogelijke rol Inactiverende defecten deleties of frame shift mutaties Activerende defecten vaak punt mutaties of amplificaties
Ribosoomdefecten in kanker Aard van de defecten Inactiverende defecten Alle RP defecten in DBA RPL5 (T-ALL, myeloom, glioblastoma) RPL11 (T-ALL) RPL22 (T-ALL) Tumor suppressors?
Ribosoomdefecten in kanker Aard van de defecten Puntmutaties RPL10: R98S (T-ALL) RPS15: hotspot regio (CLL) RPSA (maagkanker) Amplificaties RPL23A (baarmoederkanker) Oncogenen?
Mechanismen ribosoomdefecten Translatie? Puntmutatie RPL10 R98S (T-ALL) Dicht bij katalytisch centrum van het ribosoom Gistdata: veranderde productie, rotatie, precisie van het ribosoom Veranderde translatie? Technieken om dit na te gaan: ribosome footprint profiling
Mechanismen ribosoomdefecten Translatie? Ribosome footprint profiling sequencen van mrnas die actief translatie ondergaan vergelijking van verschillende condities (RP mutanten bvb.) kan shifts in translatie identifificeren
Mechanismen ribosoomdefecten Via andere kankergenen TP53/MYC? TP53 RPL5/RPL11 MYC RPL5/RPL11
Mechanismen ribosoomdefecten Overkoepelend mechanisme? Funnel model RP defect zet druk op de cel => hypoproliferatie Secundaire mutaties compenseren het groeidefect => hyperproliferatie Kanker veroorzaakt door secundaire mutaties of door RP defect zelf, of combinatie
Conclusie DEEL II Het ribosoom is niet onveranderlijk en wordt soms gemuteerd in kanker De onderliggende mechanismen zijn nog niet duidelijk Een overkoepelend mechanisme zou erin kunnen bestaan om selectiedruk te creëeren op de cellen en zo kankerontwikkeling te versnellen
Overzicht DEEL I Inleiding DEEL II Ribosoomdefecten in kanker & oncogene mechanismen DEEL III Recent werk DEEL IV Algemene conclusie & open vragen
Ribosoomdefecten in T-ALL De Keersmaecker et al. Nat Genet. 2013 Feb;45(2):186-90
Chapman et al. Nature. 2011 Mar 24;471(7339):467-72
Overzicht DEEL III Recent werk Screen voor ribosoomdefecten in 16 kanker types 1) Mutaties van RPs 2) Deleties en amplificaties van RPs Ribosoomdefecten in multipel myeloom
Screen voor ribosoomdefecten in 16 kanker types Mutaties Long Nier Fancello L*, Kampen KR* et al. (2017) Oncotarget
Screen voor ribosoomdefecten in 16 kanker types Deleties en amplificaties Baarmoederkanker Hersentumor Huidkanker Borstkanker Fancello L*, Kampen KR* et al. (2017) Oncotarget
Conclusie RP screen Mutaties en deleties van RPs komen voor maar zijn over het algemeen zeldzaam Niet alle RPs en alle kankers worden even hard getroffen RPL5 is een belangrijke kandidaat tumor suppressor in meerdere kankers
Overzicht DEEL III Recent werk Screen voor ribosoomdefecten in 16 kanker types Ribosoomdefecten in multipel myeloom 1) Mutaties in RPs in MM zijn zeldzaam 2) RPL5 is vaak gedeleteerd in MM
Ribosoomdefecten in MM Mutaties in RPs zijn zeldzaam Sanger sequencing van RPL10 in MM patiënten Targeted resequencing van alle andere ribosomale proteinen
Ribosoomdefecten in MM Mutaties in RPs zijn zeldzaam
Ribosoomdefecten in MM Mutaties in RPs zijn zeldzaam Mutaties in RPL10 komen voor in 2% van de MM patienten Targeted resequencing van alle ribosomale proteinen toonde geen mutaties in andere RPs aan
Ribosoomdefecten in MM Mutaties in RPs zijn zeldzaam MM patiënten in UZ Leuven Patiënten met 70% plasma cellen in beenmerg High resolution copy number arrays (acgh)
Ribosoomdefecten in MM RPL5 is vaak gedeleteerd Deletie van 1p22 15/36 42% 1p22 deletions: 300-120 000 kbp (helft chromosoom) Altijd heterozygoot Voorheen al beschreven in MM, geen tumorsuppressor geïdentificeerd Chr 1
Ribosoomdefecten in MM RPL5 is vaak gedeleteerd De minimal deleted region (MDR) op 1p22 in onze cohort bevat enkel EVI5 en RPL5
Ribosoomdefecten in MM RPL5 is vaak gedeleteerd De expressie van EVI5 en RPL5 is lager in patiënten met 1p22 deleties
Ribosoomdefecten in MM RPL5 is vaak gedeleteerd Lage expressie van EVI5 and RPL5 correleert met een slechte prognose (net als del1p22)
Ribosoomdefecten in MM RPL5 is vaak gedeleteerd Menselijke MM cell lijn afkomstig van één patiënt KMS12BM WT KMS12PE del(1p22) Behandeling met proteasome inhibitor voor 48h
Ribosoomdefecten in MM RPL5 is vaak gedeleteerd Patiënten met lage RPL5 expressie reageren beter op bortezomib PFS (months) RPL5 low RPL5 high Ctrl 19 33 Bz 30 34
Conclusie RP defecten in MM RP mutaties in MM zijn zeldzaam Deletie van RPL5 is wel veel voorkomend en is klinisch relevant
Overzicht DEEL I Inleiding & ribosomopathieën DEEL II Ribosoomdefecten in kanker & oncogene mechanismen DEEL III Recent werk DEEL IV Algemene conclusie & open vragen
Algemene conclusie Het ribosoom is niet onveranderlijk en wordt soms gemuteerd in kanker Door de vooruitgang in sequencing technologie wordt de lijst van kankers steeds langer: T-ALL, myeloom, glioblastoma De onderliggende mechanismen zijn nog niet duidelijk
Open vragen In ribosomopathiën zijn de RP defecten de eerste defecten Zijn ribosomale defecten in kanker ook (altijd) vroege defecten? In paralel met andere beenmergsyndromen (MDS) die lang kunnen aanslepen voor naar kanker over te gaan (AML) Variatie in RP defecten: verschillende RPs en verschillende aard van de defecten Overkoepelend mechanisme of niet? Niet eenvoudig om link te maken tussen inactiverende en activerende mutaties Misschien combinatie van een overkoepelende stress bij alle RP defecten en specifieke moleculaire effecten
Laboratory of disease mechanisms in cancer (LDMC) Department of Oncology KU Leuven Kim De Keersmaecker Laura Fancello Kim Kampen Sergey Sulima Tiziana Girardi Stijn Vereecke Eva Dirkx Jelle Verbeeck Joyce Op de Beeck Acknowledgements Thanks to UZ Leuven Lucienne Michaux Iwona Wlodarska Heidi Lemmens Michel Delforge Peter Vandenberghe VIB-KU Leuven Jan Cools Ellen Geerdens VUB, Brussel Elke De Bruyne Karin Vanderkerken EMC, Rotterdam Pieter Sonneveld Mark Van Duin University of Texas, Austin TX USA Stephanie Patchett Arlen Johnson