UvA-DARE (Digital Academic Repository) A close-up of colon cancer Heijmans, Jarom Link to publication Citation for published version (APA): Heijmans, J. (2013). A close-up of colon cancer General rights It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Disclaimer/Complaints regulations If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: http://uba.uva.nl/en/contact, or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible. UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam (http://dare.uva.nl) Download date: 24 Jan 2017
Nederlandse samenvatting
De volwassen menselijke darm is een lange buis van ruim vier meter lang, met een oppervlakte gelijk aan een tennisveld. De bekleding van de darm, waar deze in aanraking komt met voedsel, bestaat uit een laag van één cel dik, die darmepitheel heet. Om het oppervlak zoveel mogelijk te vergroten ligt het darmepitheel gekronkeld in instulpingen, die crypte van lieberkuhn heten en in vinger-achtige uitstulpingen, villi. Op de bodem van de crypt, zitten stamcellen. Dezen delen dagelijks. Hun dochtercellen, transit amplifying cellen (of TA cellen) delen een aantal keer gedurende drie dagen totdat ze uitgedeeld zijn, op de villus belanden en een rol vervullen die belangrijk is voor de functie van de darm: het opnemen van nutriënten. De levensduur van een darmcel vanaf de geboorte in de crypt tot het sterven op het topje van de villus is 5 dagen. Dit betekent dat het hele darmoppervlak zich elke vijf dagen totaal vernieuwt. Als het vernieuwen niet goed genoeg gaat en cellen doodgaan zonder adequaat aangevuld te worden kunnen er zweren ontstaan, zoals gezien worden bij chronische ontstkingsziekten van de darm, zoals de ziekte van Crohn en colitis ulcerosa. Als het delen en vernieuwen van darmcellen ongecontroleerd gaat kunnen darmtumoren ontstaan. Vaak ontstaan eerst goedaardige tumoren, poliepen, die later kwaadaardig worden en kunnen uitzaaien. Dan spreken we van darmkanker. Een darmtumor is dus eigenlijk een normaal stuk darm, waarin een aantal mechanismen, betrokken bij de normale functie, niet goed meer functioneren. Bij het onderzoek naar darmtumoren kan je van twee kanten beginnen. Je kunt je afvragen wat nu de controlemechanismen zijn die betrokken zijn bij de normale functie van de darm. Deze zijn immers aangedaan in tumoren. Hiervoor onderzoek je dus de normale darm in een fase dat hij niet groter of kleiner wordt en dat hij niet te kampen heeft met grote problemen. Deze fase noemen we homeostase. Anderzijds zijn er aanwijzingen, die duidelijk worden bij de ontwikkeling van darmtumoren. Zo zijn er factoren die zorgen voor een grotere kans op darmkanker, zoals sommige ziekten van de darm, darmkanker in de familie of roken. Ook krijgen mannen vaker darmkanker dan vrouwen. Deze verschillen kan je direct op darmtumoren onderzoeken. Het proefschrift dat u voor u hebt bestaat uit twee delen. Het eerste deel onderzoekt homeostase van de normale darm en factoren die daarop van invloed zijn. Het tweede deel onderzoekt waarom mannen vaker darmkanker krijgen dan vrouwen. Tijdens de ontwikkeling van de darm in zoogdieren zijn er grote veranderingen. Een darm die voornamelijk geschikt is voor het verteren van moedermelk verandert in een darm die aangepast is aan een volwassen dieet. In hoofdstuk 3 tonen we aan dat de transcriptie factor Blimp1 hoog tot expressie komt in de darm gedurende de ontwikkeling en na de geboorte. In de overgang van de jonge darm die gemaakt is voor moedermelk, tot volwassen darm verdwijnt Blimp1 expressie grotendeels. Muizen die Blimp1 missen in het darmepitheel zijn klein en sterven vaak in de eerste dagen na de geboorte. Deze muizen missen de belangrijke kenmerken van de neonatale darm 202
en worden dus geboren met een volwassen dam. De aanwezigheid van Blimp1 vertraagt de maturatie van het darmepitheel. In hoofdstuk 4 bekijken we de overgang van transit amplifying (TA) cellen naar stamcellen van dichterbij. De eerste stap die stamcellen nemen tijden differentiatie is de deling van een stamcel in twee TA cellen. Deze cellen delen nog een aantal keer om uiteindelijk te differentiëren. Er is weinig bekend over de eerste signalen die ervoor zorgen dat stamcellen differentiëren in TA cellen. We laten zien dat stress in het endoplasmatisch reticulum (ER stress) en activiteit van de unfolded protein response (UPR) aanwezig zijn vanaf het niveau van TA cellen. Stamcellen hebben lage niveaus van ER stress en lage UPR activiteit. Als ER stress geïnduceerd wordt in stamcellen verliezen deze stamcelmarkers en migreren ze de crypt uit. Dit gebeurt door de activatie van de PERK-eIF2a tak van de UPR, welke ook verantwoordelijk is voor een tijdelijke stop in de cellulaire eiwitproductie. Remmen van Perk-eIF2a leidt tot opeenhoping van stamcellen in organoiden, waarbij primair darmepitheel gekweekt wordt. De UPR speelt dus een belangrijke rol in het reguleren van stamcel differentiatie in de darm. In hoofdstuk 5 onderzoeken we de rol van hedgehog signalering in de darm. Hedgehogs zijn kleine oplosbare eiwitjes, die een rol spelen in de communicatie van de ene cel naar de andere. De voornaamste hedgehog variant in de volwassen darm is indian hedgehog (Ihh). Ihh wordt gemaakt door gedifferentieerde epitheelcellen in de dunne darm. De receptor voor hedgehog zit op het mesenchym (de ondersteunende cellen in de darm vlak onder het epitheel). In het mesenchym zorgt Ihh voor de productie van nog onbekende factoren, die ervoor zorgen dat voorlopercellen (stamcellen en TA cellen) geremd worden. Muizen zonder Ihh in het darmepitheel hebben meer celdeling in het epitheel, waarbij de darm poogt het darmoppervlak te vergroten. Na verloop van tijd komen er witte bloedcellen rondom de crypt, verliest de darm zijn villi en verbindweefselt de darm. Deze gevolgen van verlies van Ihh zijn ook te zien als er een wond ontstaat. Verlies van Ihh resulteert dus in een aantal zaken, die karakteristiek zijn voor wondgenezing in de darm. Mogelijk is de aanwezigheid van Ihh belangrijke indicator voor integriteit van het epitheel. In het tweede gedeelte van dit proefschrift onderzoeken we de ontwikkeling van darmtumoren. Hierbij kijken we voornamelijk naar de verschillen tussen mannen en vrouwen. Mannen hebben een grotere kans om darmkanker te ontwikkelen en uit klinische studies is gebleken dat progestagenen (progesteron en progesteronachtige stoffen) een beschermende werking hebben op de ontwikkeling van darmtumoren. In dierexperimenteel onderzoek hebben we de beschermende rol van progestagenen bekeken. In hoofdstuk 6 tonen we aan dat de receptor voor progestagenen (progesteron receptor, PR) niet gemaakt wordt in normaal of kwaadaardig darmepitheel. We hebben muizen die de PR missen (PRKO-muizen) gekruist met muizen, die een mutatie hebben in het Apc gen, waardoor ze darmtumoren ontwikkelen (Apc Min/+ muizen). Deze muizen ontwikkelen darmtumoren op exact gelijke wijze als controledieren die wel PR hebben, waarbij er geen verschillen zijn in aantal tumoren, de grootte van tumoren of de locatie van tumoren in de darm. Ook vinden we geen effect van het progestageen medroxyprogesteron Nederlandse samenvatting 203
acetaat (MPA) op de ontwikkeling van vroege voorloperlaesies in de darm van ratten, die ingespoten zijn met het carcinogeen azoxymethaan. De klinische effecten van progestagenen kunnen dus niet nader onderzocht of verklaard worden in proefdiermodellen met knaagdieren. In een model wat gebruikt maakt van ratten die een mutatie hebben in het Apc gen, waardoor ze tumoren ontwikkelen in de dikke darm (Apc Pirc/+ ratten), worden grote verschillen gezien tussen mannelijke en vrouwelijke ratten. In hoofdstuk 7 onderzoeken we de bijdragen van verschillende mannelijke en vrouwelijke geslachtshormonen op dit verschil in tumoren tussen mannelijke en vrouwelijke ratten. Met gebruik van Apc Pirc/+ ratten en ratten, die vroege voorlopers van darmtumoren ontwikkelen na injecties met het carcinogeen azoxymethaan, vinden we dat endogene vrouwelijke hormonen niet bijdragen aan het geobserveerde man-vrouw verschil in de ontwikkeling van darmtumoren. Het verwijderen van de productie van endogene mannelijke hormonen door middel van castratie leidt tot sterke vermindering van darmtumoren in Apc Pirc/+ ratten, maar niet tot vermindering van vroege voorloperlaesies van darmtumoren. Als deze mannetjes na castratie pellets geïmplanteerd krijgen met daarin het mannelijke hormoon dihydrotestosteron, krijgen deze dieren evenveel tumoren als niet gecastreerde mannetjes. Het man-vrouw verschil in de ontwikkeling van darmtumoren is dus het gevolg van de protumorigene werking van mannelijke hormonen en niet van de beschermende werking van vrouwelijke tumoren. In hoofdstuk 8 onderzoeken we de rol van vrouwelijk hormonen tijdens de ontwikkeling van tumoren die ontstaan in de context van chronische ontsteking van de darm. Uit klinische data is gebleken dat het gebruik van vrouwelijke hormonen na de menopauze de kans op het ontwikkelen van colitis ulcerosa, een chronische ontstekingsziekte van de dikke darm, vergroot. Hoewel chronische darmontsteking de kans op het ontwikkelen van zogenaamde colitis geassocieerde darmkanker vergoot, is niet duidelijk wat de invloed is van vrouwelijke hormonen op de ontwikkeling van colitis geassocieerde kanker. In experimenten waarin de ovaria van muizen verwijderd worden vinden we dat endogene vrouwelijke hormonen de ontwikkeling van colitis geassocieerde tumoren stimuleren. Door verschillende vrouwelijke hormonen te supplementeren na verwijderen van de ovaria wordt duidelijk dat oestrogenen verantwoordelijk zijn voor deze toename van tumoren. Dieren die met oestrogenen behandeld worden hebben hogere spiegels van de cytokine Il-6 als gevolg van darmontsteking. Dit kan de celdeling van darmcellen. Oestrogenen werken via twee oestrogeen-receptoren: Era en Erb. Muizen die een van beide receptoren missen zijn beschermd tegen de stimulerende werking van oestrogenen op de tumorformatie. Naast hormonen zijn er verschillende factoren van buiten de darmcel die de tumorformatie stimuleren. Dit kunnen stoffen zijn die worden uitgescheiden door ontstekingscellen, maar ook factoren die afkomstig zijn van bacteriën (PAMPs) of van beschadigde cellen (DAMPs) kunnen de tumorformatie beïnvloeden. In hoofdstuk 9 onderzoeken we de functie van Rage tijdens de ontwikkeling van darmtumoren. Rage (receptor for advanced glycation end products) is een 204
receptor voor verschillende stoffen die lekken uit- of geproduceerd worden door beschadigde cellen. We vinden dat Apc Min/+ muizen die geen Rage hebben minder tumoren ontwikkelen. In tumoren van deze muizen is ook verminderde expressie van de factoren die Rage activeren. In tumoren worden cellen beschadigd, waaruit factoren lekken, welke Rage activeren. Hierdoor wordt er meer van deze factoren geproduceerd. Er ontstaat een weefselschade respons waarin Rage een kernrol speelt. In de hierboven genoemde studies doen we onderzoek naar de stabiele situatie van de darm, en hoe deze homeostase bewaard wordt. Ook onderzoeken we de ontwikkeling van darmtumoren en de rol van geslachtshormonen hierop. Deze onderzoeken voegen een bescheiden laagje toe aan alle kennis die in de afgelopen jaren vergaard is over het werken van een gezonde darm en wat er mis gaat als tumoren ontstaan. Hoewel dit laagje aan kennis miniem is vergeleken bij de hoeveelheid kennis die we al hebben, en hoewel alle dingen die we al snappen van het werken van de darm in het niet vallen bij alle dingen die we nog niet snappen, voegt elk kleine beetje kennis een heel klein beetje toe om die balans om te draaien, met als doel het begrijpen en uiteindelijk behandelen van ziekten van de darm. Nederlandse samenvatting 205