DE GEMENE DELER ZONDER CELDELING GEEN KANKER Naam: Klas: Datum:
ZONDER CELDELING GEEN KANKER HAVO Celdeling is cruciaal voor het leven van organismen, en wordt dan ook heel nauwkeurig gereguleerd. Wanneer cellen abnormaal gaan delen, kan dit leiden tot de vorming van een tumor. Om het ontstaan van tumoren beter te begrijpen, is het erg belangrijk om het proces van celdeling volledig in kaart te brengen. Een onderzoeksgroep die hier mee bezig is, is de groep van Geert Kops,hoogleraar Moleculaire Tumorcelbiologie in Utrecht. In deze module ben jij een nieuwe promotiestudent in de onderzoeksgroep van Geert Kops. Een promotiestudent doet vier jaar lang zelfstandig onderzoek binnen een onderzoeksgroep. Van het onderzoek schrijft hij/zij een proefschrift. Dit is een samenvoeging van eerdere wetenschappelijke publicaties. De student verdedigt het proefschrift tijdens een promotieplechtigheid, en als deze verdediging succesvol is, verkrijg hij/zij de doctorstitel. Net als de rest van de Kopsgroep ga je onderzoek doen aan chromatidesplitsing, een belangrijk onderdeel van de mitose. Voordat je dit kan doen, is het echter belangrijk dat je genoeg weet over de celcyclus. In deze module maak je daarom eerst kennis met de verschillende onderdelen van de celcyclus. Daarna ga je aan de slag met het onderzoek. Pagina 1
FACT SHEET GEERT KOPS ONDER HET VERGROOTGLAS Naam Functie Waar Geert Kops Hoogleraar Moleculaire Tumorcelbiologie Afdelingen Moleculair Kankeronderzoek van de Universiteit Utrecht Bio Prof. Dr. Geert Kops studeerde algemene biologie aan de Universiteit Utrecht, en promoveerde daarna met onderzoek naar moleculaire tumorcelbiologie. Hij vertrok vervolgens naar Californië voor postdoctoraal onderzoek, om in 2005 terug te keren naar Utrecht als universitair hoofddocent. Nu is Geert Kops hoogleraar, leidt hij zijn eigen onderzoeksgroep, en is hij het hoofd van een laboratorium. Onderzoeksfocus De onderzoeksgroep van Geert Kops houdt zich bezig met chromatidesplitsing: het proces tijdens de celdeling waarbij in een cel het genetisch materiaal wordt verdeeld over de toekomstige dochtercellen. In het bijzonder is Geert Kops geïnteresseerd in de manieren waarop dit proces wordt gereguleerd in gezonde cellen, wat hierbij mis gaat in kankercellen, en hoe deze regulatie kan worden gebruikt bij de behandeling van kanker. Een specifiek onderdeel van de chromatidesplitsing waar de Kopsgroep zich mee bezig houdt, is het controlenetwerk dat dit proces aanstuurt en controleert. Hierbij hoort het M- fase controlepunt. Belangrijkste bevindingen - Sommige eiwitten die belangrijk zijn voor het M-fase controlepunt zijn ook belangrijk voor correcte hechting van chromatiden aan de kernspoel. Ze hebben dus meerdere functies en kunnen zo meerdere processen koppelen. - Het M-fase controlepunt wordt aangezet door een enzym genaamd MPS1. Zolang MPS1 actief is gaat de mitose niet verder. Zodra het enzym MPS1 geremd wordt, stopt de controle en gaat de mitose verder. - Het remmen van het M-fase controlepunt is een mogelijk kankertherapie. Het verergert fouten in chromatidesplitsing en veroorzaakt daardoor celdood. Kankercellen zijn hier gevoeliger voor dan gezonde cellen. Pagina 2
OPDRACHT 1: DE CELCYCLUS Het onderzoek van de Kopsgroep gaat over chromatidesplitsing. Hierbij wordt in een cel die gaat delen het eerder gekopieerde erfelijk materiaal netjes uit elkaar getrokken. Het gevolg is dat elke dochtercel van elk chromosoom één kopie heeft. Het proces van chromatidesplitsing is onderdeel van de celcyclus. Om het onderzoek van de Kopsgroep goed te kunnen begrijpen, maak je in deze opdracht kennis met de verschillende onderdelen van de celcyclus. 1.1 Bekijk het filmpje over Geert Kops: www.allesoverdna.nl/degemenedeler/geertkops 1.2 In je lichaam zijn cellen voortdurend aan het delen. Noem drie momenten waarop veel celdelingen plaatsvinden in je lichaam. Het is belangrijk dat de deling van cellen GOED gaat. 1.3 Lees paragraaf 1.1 en 1.2 van het naslagwerk over de celcyclus, en beantwoord de volgende vragen. A. In de rechter kolom van onderstaande tabel staan een aantal stappen die mis kunnen gaan tijdens de celcyclus van een tumorcel. Schrijf in de linker kolom voor elke stap op wat juist GOED moet gaan tijdens de celcyclus van een normale cel. B. De stappen staan nog niet in de juiste volgorde. Geef met behulp van de nummers 1 t/m 4 aan in welke volgorde de stappen plaatsvinden. Normale cel Tumorcel moedercel dochtercel De zusterchromatiden zitten niet altijd goed aan elkaar vast bij het centromeer, en zijn soms geen exacte kopieën van hetzelfde chromosoom. De chromosomen worden niet eerlijk verdeeld over de dochtercellen. Het DNA wordt onzorgvuldig gekopieerd en wordt niet gecontroleerd. De cel wacht tijdens de mitose niet altijd tot alle chromatiden aan de trekdraden zijn verbonden. Pagina 3
C. Hieronder staat een afbeelding van de celcyclus. Zet de verschillende fasen van de celcyclus op de juiste plaats in de afbeelding. D. Geef in de afbeelding aan waar in de celcyclus de fouten, uit de rechter kolom van de tabel (uit opdracht 1.3a en 1.3b), kunnen optreden. Bron: www.bioplek.org Bioplek 1.4 In welke fase(n) van de celcyclus is er het meeste DNA aanwezig in een cel? Leg je antwoord uit. De celcyclus wordt onderverdeeld in de M-fase en de interfase. Deze zijn beide weer onder te verdelen in verschillende fasen. De mitose is een belangrijk onderdeel van de M-fase. 1.5 Lees paragraaf 1.2 van het naslagwerk nogmaals, en bekijk de animatie van de mitose: http://www.bioplek.org/animaties/cel/mitose.html. Het splitsen van chromatiden vindt plaats tijdens de mitose. 1.6 In de tabel op de volgende pagina zie je twee kolommen met screenshots van de chromatidesplitsing. De screenshots staan niet in de juiste volgorde, maar screenshots van de eerste en tweede kolom geven wel steeds dezelfde fase weer. A. Welk rijtje screenshots is van een normale cel, en welke is van een tumorcel? Schrijf dit bovenaan de juiste kolom. B. Benoem in de kolom Fase welke fase van de mitose in de afbeeldingen wordt weergeven. C. Geef in de kolom Volgorde met de cijfers 1 t/m 5 aan in welke volgorde de afbeeldingen moeten staan. Pagina 4
D. Schrijf achter de screenshots wat er anders is in de tumorcel vergeleken met de normale cel. Let hierbij op de chromosomen (de witte kleuring) en niet op het spoelfiguur (de groene kleuring). Er is al aangegeven in welke fasen GEEN verschillen waarneembaar zijn....................... Fase Volgorde Normale cel vs Tumorcel................. Geen verschil waarneembaar................................................................................. Geen verschil waarneembaar................................ 1.7 Lees paragraaf 1.4 van het naslagwerk, en leg uit waarom zowel normale, gezonde lichaamscellen, als beschadigde cellen niet oneindig blijven delen? In deze opdracht heb je je verdiept in de celcyclus, en de regulatie van de celcyclus. Ook heb je gezien dat verstoring van de celcyclus het ontstaan van kanker kan versnellen. De onderzoeksgroep van Geert Kops houdt zich bezig met de splitsing van chromatiden tijdens de celdeling. 1.8 Leg uit welke Hallmarks passen bij celdeling, en bij het onderzoek van Geert Kops? Pagina 5
OPDRACHT 2: PROMOTIEONDERZOEK Wetenschappelijk onderzoek gaat altijd door. Nieuwe resultaten leveren nieuwe vragen op, waarmee nieuw onderzoek geboren wordt. Met de voorkennis uit de vorige opdracht vers in je geheugen kun je in deze opdracht aan de slag als promotiestudent in de groep van Geert Kops. 2.1 Lees de onderzoekbeschrijving hieronder. Onderzoek - Chromatidesplitsing: In de ban van de ring Gekopieerde chromosomen, of zusterchromatiden, worden bij elkaar gehouden door eiwitringen die cohesines heten. Deze cohesines zijn vernoemd naar hun functie om te zorgen voor cohesie (onderlinge aantrekkingskracht tussen gelijke moleculen). Tijdens de anafase van de mitose moeten de zusterchromatiden gesplitst worden. Dit kan echter alleen als de eiwitringen worden verwijderd. Dit wordt gedaan door een eiwit dat separase heet (wederom een naam die zegt waar het om gaat). Separase mag alleen op het juiste moment de ringen verwijderen, namelijk als alle chromatiden correct vastzitten aan de trekdraden van de kernspoel. Om te voorkomen dat separase te vroeg gaat knippen, wordt de activiteit van separase geremd door het eiwit securine. Pas als securine wordt afgebroken, wordt separase actief en kan het de ringen gaan doorknippen. Securine wordt afgebroken nadat het ASC (Anafase stimuleringscomplex: een complex van meerdere eiwitten die samen zorgen voor het starten van de anafase) er algemene afbraaksignalen aan heeft geplakt. 2.2 In de tabel hieronder staan de eiwitnamen uit de onderzoekbeschrijving. Geef voor elk eiwit aan wat dit eiwit doet. Eiwit Functie cohesine separase securine trekdraad ASC......................................................................................................... Pagina 6
2.3 Teken de situatie die in de onderzoekbeschrijving wordt beschreven. Teken en benoem daarbij ook de genoemde eiwitten. 2.4 Wat zou er gebeuren als separase niet op tijd of te vroeg actief wordt? 2.5 Wat zou er gebeuren als de ring niet volledig wordt geknipt? 2.6 Wat zou er gebeuren als niet alle ringen worden geknipt? 2.7 Leg uit waarom een kankeronderzoeker dit systeem zou willen bestuderen. Pagina 7
In de onderzoekbeschrijving wordt aangenomen dat securine een remmer is van separase. In jouw promotieonderzoek wil je dit onderzoeken door te kijken wat er met de chromatidesplising gebeurt wanneer securine afwezig is. Je hypothese is: securine is een remmer van separase. Voordat je je experiment gaat uitvoeren, formuleer je eerst een voorspelling van het resultaat van je experiment. 2.8 Maak onderstaande voorspelling af. Als securine een remmer van separase is, dan zal... Met behulp van RNA interferentie (RNAi) kun je ervoor zorgen dat er geen securine meer aanwezig is in een cel. RNAi is een techniek waarmee onderzoekers het RNA voor de productie van een specifiek eiwit kunnen blokkeren. Met RNAi kun je dus het RNA van het eiwit securine blokkeren, waardoor securine niet meer gemaakt wordt in een cel. 2.9 Hoe zou met behulp van RNAi kunnen testen of je voorspelling klopt? 2.10 Aan welke Hallmark werk je eigenlijk met dit onderzoek? Pagina 8