Christina Stangl

In dit proefschrift hebben we onderzoek gedaan naar structurele veranderingen in het DNA vanuit twee verschillende invalshoeken: 1) betrokken bij het ontstaan en de progressie van kanker en 2) als toepassing in de patiëntenzorg. De eerste richtte zich zowel op de frequentie van fusiegenen in dikke darmkanker alsook op de gevolgen van deze fusiegenen, rekening houdend met de verschillende fusiepartners, door gebruik te maken van organoïden afkomstig van dikke darmkanker. De tweede invalshoek had betrekking op het gebruik van structurele veranderingen en fusiegenen in de tumordiagnostiek.

In Hoofdstuk 1 beschrijf ik de technologische ontwikkelingen op het gebied van detectie van structurele veranderingen. De technologie, nanopore sequencing, waarbij zeer lange DNA-moleculen worden afgelezen blijkt erg waardevol voor het snel en gevoelig detecteren van structurele veranderingen. Verder beschrijf ik hoe structurele veranderingen voorkomen in het kanker genoom, welke consequenties deze (met name fusiegenen) hebben en hoe deze kunnen bijdragen aan een betere diagnose en prognose voor patiënten en behandeling van kanker. Tot slot beschrijf ik de unieke kenmerken van structurele veranderingen, die de detectie van structurele veranderingen uitermate geschikt maken om tijdens en na de behandeling van kanker minimale restziekte op te sporen. Echter de bestaande analysetechnieken in de diagnostiek voor detectie van structurele veranderingen zijn weinig uitgebreid en nemen veel tijd in beslag. In Hoofdstuk 2 tonen we aan dat oncogene fusiegenen infrequent voorkomen in primaire dikke darmkanker, ongeveer 2,5%. Een aantal geïdentificeerde fusiegenen bestaat uit hetzelfde actieve gendomein (bijv. van het BRAF gen) gefuseerd met wisselende fusiepartners. In Hoofdstuk 3 beschrijven we de oncogene werking van zulke fusiegenen die bestaan uit exon 9-18 van BRAF en een fusiepartner. In organoïden, die afkomstig zijn van dikke darmkanker, laten we zien dat de fusiepartner van BRAF en de cellulaire locatie van het fusieproduct bepalend is voor de mate van activering van oncogene signaleringsroutes. Bovendien bleek dat de fusiepartner ook invloed heeft op de respons van de organoïden op doelgerichte therapieën. Met de kennis dat het belangrijk is om allebei de fusiepartners te detecteren hebben we een semi-doelgerichte analysetechniek ontwikkeld, genaamd FUDGE, die beschreven is in Hoofdstuk 4. Deze techniek is gericht op de veel voorkomende fusiepartners en identificeert ook de onbekende fusiepartner zonder het exacte breekpunt te kennen in zo’n kort tijdsbestek dat niet gerealiseerd kan worden door de bestaande analysetechnieken in de diagnostiek. We beseften tevens dat tumorspecifieke breekpunten van structurele veranderingen (incl. fusiegenen), die in korte tijd kunnen worden gedetecteerd, ook geschikt kunnen zijn als zogeheten biomarker voor het opsporen van minimale restziekte. De minimale restziekte kan worden bepaald in het bloed of andere lichaamsvloeistoffen, een zogenaamd vloeibaar biopt. In Hoofdstuk 5 hebben we dan ook de toepassingsmogelijkheden van onze analysetechniek uitgebreid om niet alleen fusiegenen te detecteren maar ook immunoglobuline (Ig) en T-cel receptor (TCR) genherschikkingen. Deze genherschikkingen zijn karakteristiek voor lymfatische leukemie bij pediatrische patiënten. Om de opsporing van minimale restziekte met onze analysetechniek niet te beperken tot vormen van kanker die gekenmerkt worden door fusiegenen of Ig-/TCR-genherschikkingen hebben we in Hoofdstuk 6 een nieuwe methode opgezet. Eerst worden tumorspecifieke structurele veranderingen geïdentificeerd en enkelen hiervan, onafhankelijk van hun functionele gevolgen, kunnen worden gebruikt als biomarker voor het opsporen van minimale restziekte. Tot slot, in Hoofdstuk 7 bediscussieer ik de uitdagingen voor toekomstig onderzoek naar fusiegenen. Verder licht ik de mogelijkheden toe om in de toekomst beter begrip te krijgen van fusiegenen en breng ik ook naar voren hoe de huidige kennis toegepast kan worden in klinische trials. Daarna bediscussieer ik het gebruik van structurele veranderingen als biomarker voor het opsporen van minimale restziekte met meenemen van de huidige technische uitdagingen alsook de ideale kenmerken voor een biomarker.