Werkstuk Biologie Het onstaan van chronische myeloide leukemie Werkstuk door een scholier 1565 woorden 6 februari 2006 6,3 32 keer beoordeeld Vak Biologie Inleiding: Leukemie is een vorm van kanker, namelijk bloed kanker. Bij leukemie is er sprake van een woekering van witte bloedcellen en voorlopercellen van de witte cellijn. Witte bloedcellen worden normaal aangemaakt in het beenmerg. De leukocyten gebruiken de bloedbaan als transport middel, maar werken en sterven buiten de bloedbaan, ze verdedigen het lichaam tegen indringers. Er bestaan verschillende soorten leukemie, deze worden in gedeeld aan de hand van de cel die zich afwijkend gedraagt. Zijn het de granulocyten en voorlopers die zich afwijkend gedragen dan gaat het om een myeloïde leukemie en zijn het de lymfocyten en voorlopers die zich afwijkend gedragen, dan wordt er gesproken van een lymfoïde leukemie. Deze kunnen beiden weer onder verdeeld worden in een acute en een chronische vorm. Bij een acute vorm zijn voornamelijk de blasten die de aandoening weergeven, bij de chronische leukemie is het de hele cellijn die de ziekte weergeeft. De exacte aanleiding tot leukemie is niet bekent, wel is bekent dat de ziekte veroorzaakt wordt door een verandering in het humane genoom. Bij Chronische myeloïde leukemie (CML) is er sprake van een translocatie tussen het 9e en het 22e chromosoom, waardoor er het BCR/ABL gen ontstaat. Er wordt veel onderzoek gedaan naar de precieze aanleiding en welke functie het BCR/ABL gen heeft. Verder welke methodes er gebruikt kunnen worden om dit gen aan te tonen en welke behandeling s methodes er worden gebruikt en hoe deze aangrijpen op het gen. Hoofdstuk 1 Het ontstaan van CML Bij chronische myeloïde leukemie (CML) is er sprake van een woekering van rijpe en onrijpe cellen uit de myeloïde cellijn. CML wordt veroorzaakt door een translocatie tussen het 9e ( Abels; ABL) en het 22e (BCR) chromosoom. De t (9;22) translocatie leidt tot een uitwisseling van DNA tussen chromosomen 9 en 22. Dit nieuw gevormde gen wordt het philadelphia (ph) chromosoom genoemd. Pagina 1 van 5
Het philadelphia chromosoom heeft een zeer sterke thyrosine kinase activiteit. Deze sterke thyrosine kinase activiteit zorgt ervoor dat veel stamcellen zich gaan differentiëren in leukocyten. 1.1 Soorten CML Er zijn twee verschillende soorten chronische myeloïde leukemie, de philadelphia positieve (ph+) CML en de philadelphia negatieve (ph-) CML, waarbij bij de philadelphia positieve CML er het philadelphia chromosoom is aangetoond. Dit is bij 95% van alle gevallen met CML. Bij philadelphia negatieve CML is dit niet het geval, maar is er wel sprake van een chronisch verhoogde leukocyten aantal. Bij CML zijn er 2 verschillende stadia te onderscheiden. Het eerste stadia waarbij de CML de gehele myeloïde cellijn verstoord en de tweede stadia is de blasten crisis. 1.2 het ABL gen Het ABL gen (chromosoom 9) heeft een thyrosine kinase domein. Tyrosine kinasen zijn enzymen die een fosforylerende werking hebben, zij nemen deze weg van een ATP en voegen deze toe aan een acceptor van een tyrosine aminogroep. De controle over de thyrosine kinase activiteit ligt in het N-terminale deel van het chromosoom. 1.3 het BCR gen Het BCR gen (chromosoom 22) is een ingewikkeld molecuul met veel verschillende functie s. Ook het BCR gen heeft net als het ABL gen een thyrosine kinase activiteit. Het BCR gen wordt betrokken bij de 2 meest belangrijke signaalwegen bij eukaryoten, namelijk fosforylatie en guanosine trifosfaat binding. Het BCR gen kan zowel zichzelf als andere substraten fosforyleren. En hierdoor cellulaire signalen verspreiden. BCR gaat ook de interactie aan met G-eiwitten die betrokken zijn bij de celgroei, cytoskeletvorming en normale groeiprocessen. Het heeft zowel een GTPase-activerend proteïne als guanine-nucleotideuitwisseling-factor functie. 1.4 vorming van het BCR/ABL gen Het einde van het ABL gen, het gedeelte met de tyrosine kinase activiteit, wordt (van chromosoom 9) verwijderd en aan chromosoom 22 geplakt aan het gedeelte waar een stukje van het BCR gen is verwijderd. Ook dit stuk heeft een versterkt tyrosine kinase activiteit, deze twee delen worden om deze plek met elkaar verbonden waardoor ze een sterk tyrosine kinase activiteit hebben. Dit gebeurt aan het proximale segment van het onderbroken BCR gen. Het resultaat is een samengesmolten gen, het BCR-ABL gen. Zowel het overgebleven stuk van het BCR gen heeft een thyrosine kinase activiteit als het aangeplakte stukje van chromosoom 9. 2.0 Aantonen van het philadelphia chromosoom m.b.v. moleculaire diagnostiek Er zijn verscheidene manieren om het BCR-ABL gen of CML aan te tonen, waaronder FISH en karyotypering. Pagina 2 van 5
2.1 FISH: De fluorescence in situ hybridization (FISH) wordt gebruikt om, tijdens de interfase in de kernen van de leukemiecellen van een patiënt, CML aan te tonen. Dit is daardoor de voornaamste detectie methode naast karyotypering. 2.2 Karyotypering: Bij een karyotypering worden de cellen eerst gekweekt, waardoor er mitose optreedt. Met bepaalde chemische stoffen worden na de mitose de cellen gefixeerd. Daarna worden de chromosomen uit mitosecellen geïsoleerd, gekleurd en microscopisch gefotografeerd. Ieder chromosoom heeft een unieke grootte en structuur. Hierdoor ontstaat er de mogelijkheid om de chromosomen te rangschikken en eventuele afwijkingen in een structuur vast te stellen. 3.0 Het ontstaan van het BCR/ABL eiwit Door het ontstaan van het philadelphia chromosoom is er een nieuw eiwit ontstaan, dat een sterk thyrosine kinase activiteit heeft. In het ontstaan van het BCR/ABL gen zijn er verschillende structuren te bekennen. verschillende breekpunten op het BCR gen (exonen) geven alternatieve verbindingen, dit lijdt tot verschillende BCR/ABL eiwitten met een andere thyrosine-kinase activiteit. Er kunnen drie soorten BCR/ABL eiwitten ontstaan uit de BCR/ABL translocatie. Deze eiwitten hebben elk een andere thyrosine kinase activiteit (PTK = proteïne thyrosine kinase) en dus een andere werking op de voortgang van CML. De namen van de eiwitten zijn gekoppeld aan hun grootte in KD. Het P190, proteïne 190, heeft een molmassa van 190KD. Daarnaast zijn er nog de eiwitten P210 en P230. De eiwitten hebben ieder een andere PTK (thyrosine kinase activiteit) het P190 heeft de sterkste thyrosine kinase activiteit, de P210 komt het meeste voor bij meer dan 50% van de gevallen, het p230 heeft de minste sterke thyrosine kinase activiteit en komt het minste voor van alle drie. De verschillende vormen hebben een verschillende functie op de morfologie van chronische myeloïde leukemie. 3.1 Functie van het BCR/ABL eiwit. De eiwitten P190, P210 en P230 hebben een sterk thyrosine kinase activiteit. Deze activiteit is ongeremd doordat het N-terminale deel, wat de functie bezit tot regulatie van deze activiteit, verloren gaat tijdens te translocatie. Hierdoor zijn er drie verschillende sterktes in de progressiviteit van CML. Door de verhoogde thyrosine kinase activiteit is er een verhoogde stimulatie van stamcellen die zich gaan differentiëren in leukocyten. De leukocyten verdringen de erytrocyten waardoor er in de meeste gevallen sprake is van een tekort aan zuurstof bindend vermogen (mogelijke anemie). (7) De eiwitten uitten hun capaciteiten door de activatie van RAS, een vitaal eiwit in de intracellulaire signaal pathway. Het kan ook een functie in nemen bij de vorming van tumorgroei. Pagina 3 van 5
4.0 Therapieën Doordat er geen rem is voor deze sterke thyrosine kinase activiteit blijft de aandoening precipiteren. Er zijn verschillende soorten therapieën opgezet. Onder andere beenmergtransplantaties, bestraling, biologische therapie, medicijnen of een combinatie hiervan. In eerste instantie werd er gezocht naar een manier om controle te krijgen over het leukocyten aantal. Dit wordt in eerste instantie gedaan door middel van een beenmerg transplantatie Biologische therapieën. Waaronder behandeling met interferon α. 4.1 Biologische therapie, interferon Interferon α is een biologische therapie en zet het lichaam aan tot het vernietigen van ziekte verwekkers. Het helpt bij het vertragen van de groei van leukocyten en kan daardoor de levensduur met 2/3 verlengen. 4.2 Thyrosine kinase inhibitors De meest recente ontwikkeling is het middel imatinib mesylate. Deze grijpt aan op het BCR/ABL gen. Het is een thyrosine kinase inhibitor (TKI). Het is een small-molecular-inhibitor voor zowel het BCR/ABL gen als voor andere kinasen. Imatinib kan een competitie aangaan op de bindingsplek van ATP op het BCR/ABL gen, of met het substraat door deze zijn plaats in te nemen op de bindingsplaats. Hierdoor wordt de werking van het BCR/ABL gen geremd wat leidt tot een vermindering van het aantal stamcellen dat uitgroeien tot leukocyten. 4.3 Resistentie tegen imatinib Gebruik makend van deze therapie ontstond er een duidelijk beeld, dat het medicijn werkte voor zowel patiënten met CML in de eerste fase als een groot deel van de patiënten in de blastencrisis. Maar na een periode van behandeling met imatinib ontstond er een groep patiënten die resistent werden tegen het medicijn. Dit waren voornamelijk patiënten die in eerste instantie geen reactie gaven op de biologische therapie met interferon α, en in de blastencrisis (fase 2) waren van CML. 4.4 Oorzaak resistentie imatinib De resistentie wordt veroorzaakt door puntmutatie s op de bindingssite van het BCR/ABL waardoor er het imatinib niet meer kan binden of door een overgang van de inactieve staat naar de actieve staat, de conformatie wordt hierdoor veranderd waardoor imatinib niet meer kan binden. Conclusie en discussie Tijdens ons onderzoek zijn wij er achtergekomen dat er door een translocatie tussen het 9de en het 22ste chromosoom een geheel nieuw gen ontstaat. Het BCR-ABL gen. Dit gen is door verschillende onderzoeksmethoden aan te tonen. Het is gebleken dat het BCR-ABL gen codeert voor het BCR-ABL eiwit welke een sterkere tyrosine kinase activiteit heeft, dan het normaal geproduceerde tyrosine kinase. Het BCR-ABL gen kan samen met diverse pathogene co-factoren CML veroorzaken. Ook bij gezonde personen kan het BCR-ABL gen in kleine mate in het bloed aanwezig zijn. Hieruit kan geconcludeerd Pagina 4 van 5
worden dat het gen alleen misschien niet tot leukemie lijdt. Er bestaan verschillende behandelingsmethodes, waarvan Imatanib mesilate als enige inwerkt op het BCR-ABL gen. Het bevat een klein molecuul inhibitor van het BCR-ABL tyrosine kinase en van een klein aantal andere kinasen. De laatste jaren worden meer patiënten die worden behandeld met dit medicijn resistent hiervoor. Dit wordt veroorzaakt door puntmutaties op de bindingssite van het BCR-ABL gen. Pagina 5 van 5