Sarah Ouahoud

DE DARM

De darm, bestaande uit een dunne en een dikke darm, is een orgaan met een belangrijke rol bij het verwerken van voedingsstoffen tot energie en bouwstoffen. Een significant gedeelte van de spijsvertering vindt plaats in de dunne darm. Hier worden spijsverteringssappen en enzymen afkomstig van de galblaas en alvleesklier toegevoegd aan het voedsel. De enzymen helpen de dunne darm bij het afbreken van vetten, eiwitten en suikers. Deze vetten, eiwitten en suikers kunnen vervolgens door de wand van de dunne darm opgenomen worden waarna het in het bloed terecht komt. De dunne darm kan dit heel goed doordat deze in zijn geheel, als we de wand geheel zouden ontplooien, een oppervlak ter grootte van een tennisveld heeft. Onverteerbare delen van het voedsel gaan naar de dikke darm waar zouten en vocht uit de resten gehaald worden. Zo ontstaat er ontlasting.

De darmwand wordt gevormd door zogenaamde epitheelcellen. In de dunne darm vormen deze epitheelcellen vingervormige uitstulpingen genaamd villi. Het dal tussen twee vingervormige uitstulpingen noemen we een crypt. De dikke darm bestaat enkel uit crypten. In de crypten bevinden zich de stamcellen. Stamcellen zijn niet-gespecialiseerde cellen die goed kunnen delen en cellen die voortkomen uit stamcellen bewegen zich langzaam naar de top van de villi. Als ze eenmaal uit de crypt-regio zijn gemigreerd, veranderen de cellen naar een ander type epitheelcel die meer gespecialiseerd is in het uitvoeren van een bepaalde taak zoals het afbreken of absorberen van voedingstoffen. Eenmaal aan de top van deze villi, gaan de cellen in apoptose (voorgeprogrammeerde celdood). Deze migratiestroom van epitheelcellen naar de top zorgt ervoor dat cellen die beschadigd zijn geraakt bij het absorberen van voedingsstoffen, door bijvoorbeeld schadelijke stoffen in het voedsel, en hun werk niet goed meer doen, regelmatig vervangen worden door nieuwe gezonde cellen. De reis van een nieuwe cel naar de top duurt ongeveer 5 tot 7 dagen.

Het proces van celvernieuwing gaat in geen enkel andere orgaan zo snel als in de darm. Omdat we niet willen dat beschadigde cellen te lang aanwezig blijven in de darmwand, is het belangrijk dat er genoeg nieuwe cellen aangeleverd worden. Maar tegelijkertijd willen we ook niet dat het proces te snel verloopt omdat dit tot een ophoping van (nog niet gespecialiseerde) cellen kan leiden. Om die reden wordt het proces van celvernieuwing nauwkeurig gereguleerd door zogenoemde signaaltransductie paden die de cel vertellen wanneer het moet delen (prolifereren), specialiseren (differentiëren) of dood (in apoptose) moet gaan. Twee heel belangrijke signaaltransductie paden in de darm zijn het WNT- en het BMP-signaaltransductie pad. Zo vertelt WNT signalering aan de cel dat het moet delen. Omdat we celdeling enkel onderin de crypten willen is dit ook de plek waar de signalering aangezet wordt. Naarmate de cellen meer naar de top migreren, vindt er meer BMP-signalering plaats. BMP-signalering vertelt de cel dat het moet differentiëren. Een gedifferentieerde cel verliest zijn vermogen om te delen. Omdat we niet willen dat stamcellen hun vermogen tot delen verliezen is activatie van het BMP-pad enkel gewenst in de top van de villi. Onderin de crypt hebben we verschillende moleculen die lokale activatie van BMP-signalering verhinderen. Dit zijn de zogenoemde BMP antagonisten (remmers). We kunnen dus wel stellen dat het BMP-signaaltransductie pad erg belangrijk is voor het behouden van de darmhomeostase.

DARMKANKER

Ondanks de grote stappen vooruit in de behandeling van kanker, inclusief darmkanker, blijft dit een van de grootste doodsoorzaken in de westerse wereld. De hedendaagse aanpak voor het verminderen van de incidentie en mortaliteit is gefocust op het tijdig opsporen van gezwellen middels het bevolkingsonderzoek darmkanker. In Nederland ontvangen inwoners van tussen de 55 en 75 jaar iedere twee jaar een oproep om ontlasting in te leveren. Wanneer de ontlasting bloedsporen bevat vindt er vervolgonderzoek plaats. Met het bevolkingsonderzoek kan darmkanker in een vroeg stadium ontdekt worden. Hoe eerder darmkanker ontdekt wordt, hoe beter de behandelingsopties zijn en hoe groter de kans op overleving is. De behandelingsmogelijkheden en overlevingskansen nemen snel af wanneer de kanker uitgezaaid is naar andere organen.

Kanker is een aandoening waarbij sprake is van een verstoring van de celdeling. Als dit in de darm gebeurt noemen we het darmkanker. Darmkanker begint vaak als een klein gezwel of poliep die onnodig blijft groeien en uiteindelijk een tumor wordt. Er zijn meerdere factoren die een rol kunnen spelen bij het ontstaan van kanker. In een kleine groep van de mensen die darmkanker ontwikkelen is dit erfelijk bepaald. Hierbij wordt een genetische afwijking, ook wel mutatie genoemd, die de kans op het ontwikkelen van darmkanker vergroot van ouder op kind doorgeven. Ook spelen omgevingsfactoren een grote rol bij het ontstaan van darmkanker. Waar genetische risicofactoren en leeftijd niet beïnvloedbaar zijn kunnen omgevingsfactoren wel zo beïnvloed worden dat ze een kleiner risico vormen. Zo kan een gezonde levensstijl met voedzaam eten, voldoende beweging en niet roken of alcohol drinken de kans op darmkanker verlagen. Door een ongezonde levensstijl en bij het ouder worden ontstaan er mutaties in het DNA (genen) die coderen voor eiwitten die een belangrijke rol hebben in processen die celgroei reguleren. Deze eiwitten kunnen betrokken zijn bij het laten ontstaan van een signaal (ligand), het herkennen van een signaal (receptor), het doorgeven van een signaal (signaaltransductie eiwit) en het verwerken van een signaal (transcriptie factoren). Hierdoor ontstaan er fouten in de activatie van signaalpaden die uiteindelijk kunnen bijdragen aan het ontstaan van darmkanker. Zo kan onnodige activatie van WNT-signalering ervoor zorgen dat cellen blijven prolifereren terwijl dit niet gewenst is. Als BMP-signalering niet meer plaats vindt door een fout kan dit er ook voor zorgen dat cellen blijven groeien. De cellen ontvangen dan namelijk geen signaal dat ze moet differentiëren of in apoptose moeten gaan. In de praktijk is echter gebleken dat de rol van het BMP-signaaltransductie pad helemaal niet zo eenzijdig is. Er zijn verschillende onderzoeken die laten zien dat BMP-signalering beschermend werkt maar er zijn ook onderzoeken die laten zien dat BMP-signalering kankercellen sneller kan laten groeien en uitzaaien naar andere organen.

DE ROL VAN BMP-SIGNALERING IN DARMKANKER

In dit proefschrift wordt onderzoek beschreven waarbij we uitzoeken of BMP signalering in darmkanker goed of slecht is. In andere woorden: heeft een tumor nu juist voordeel of nadeel van BMP-activatie.

Om hier uitsluitsel over te kunnen geven is het belangrijk om eerst te bepalen of het aanzetten van BMP-signalering in dikke darmkanker voor minder of meer tumorgezwellen zorgt. Na een uitgebreide proefschrift introductie in Hoofdstuk 1, bespreken we in Hoofdstuk 2 als eerste wat er gebeurt met de crypten en villi van de darm als we kunstmatig voor meer BMP activatie zorgen. Dit hebben we uitgezocht in een muizenstudie. Als we voor heel veel BMP-activatie zorgen, zien we dat vrijwel alle epitheliale cellen vervangen worden doordat deze in een snel tempo naar de top migreren en dood gaan. Echter herstelt de darm hier ook snel van. Deze bevindingen bevestigen wat wij weten over de rol van BMP-signalering in de darm: dat deze een rol heeft in het afvoeren van cellen. Vervolgens hebben we in een andere muizenstudie, waarbij de muizen veel poliepen en tumoren vormen omdat de muizen sterke WNT-activatie in de darm hebben (zoals we ook bij mensen zien), ook voor BMP-activatie gezorgd. Als we de darmen van de muis bestuderen zien we dat muizen met enkel WNT-activatie gemiddeld 46 poliepen per muis hebben. De muizen die naast WNT-activatie ook over BMP-activatie beschikten hadden gemiddeld 11 poliepen per muis. Deze resultaten suggereren dat het gunstig is om BMP-signalering te hebben als de WNT signalering overactief is en dat deze routes elkaar opheffen.

Zoals eerder vermeld is BMP-signalering erg belangrijk voor het behouden van de darmhomeostase. Wat nog niet beschreven is, is of het niet epitheliale weefsel, genaamd stroma, belangrijk is voor het ontstaan of voorkomen van BMP-activatie in de darm. Echter bestaat het stroma uit verschillende celtypes, namelijk de fibroblasten, myofibroblasten en endotheel cellen. In Hoofdstuk 3 beschrijven we een studie waarin we onderzoeken welke celtype het belangrijkste is voor het reguleren van BMP activatie en het behouden van de homeostase van de darm. Hier hebben we drie verschillende muismodellen voor gebruikt. Ieder muismodel beschikt over het eiwit BMPR1a, een belangrijke receptor van het BMP-signaaltransductie pad, die onwerkzaam is gemaakt. Het verschilt echter per muis in welke celtype dat is gebeurd. Muizen met een onwerkzame BMPR1a in de myofibroblasten vormden gemiddeld één poliep per muis maar muizen met een onwerkzame BMPR1a in alle fibroblasten vormden tot wel bijna 30 poliepen per muis. Geen poliepen werden gevonden in muizen met een onwerkzame BMPR1a in endotheel (bloedvat)cellen. Deze data suggereren dat fibroblasten een belangrijke rol spelen bij het reguleren van BMP activatie en het behouden van de darmhomeostase. Nog belangrijker om op te merken is dat als de fibroblast dit niet goed doet, dit mogelijk tot kanker kan leiden. Omdat regulatie van BMP signalering, middels stromale BMP remmers, heel belangrijk is beschrijven we in Hoofdstuk 4 wat de effecten zijn hiervan in verschillende kankersoorten.

In zowel Hoofdstuk 5 als Hoofdstuk 6 presenteren we twee studies waarbij gekeken is naar statines. De dokter kan statines voorschrijven aan mensen met een te hoog cholesterol omdat statines cholesterol verlagen en het proces van slagaderverkalking, ten gevolge van hoog cholesterol, vertragen.

Statines zijn relatief veilig en worden al jarenlang gebruikt met een goed bekend bijwerkingspatroon. Eerdere studies hebben aangetoond dat statines ervoor kunnen zorgen dat cellen van darmkanker cellijnen dood gaan. Dit komt doordat het BMP-signaaltransductie pad geactiveerd wordt door de statines. Wij hebben onderzocht welke signaaltransductie paden er nog meer geactiveerd worden als we kankercellen behandelen met statines. We hebben gevonden dat er inderdaad activatie plaats vindt van het BMP-signaaltransductie pad terwijl activatie van het PI3k/Akt/mTOR-pad voorkomen wordt. In de tweede studie hebben we onderzocht of langdurige statine gebruikers een ander mutatieprofiel hebben als ze toch nog darmkanker ontwikkelen. Wij verwachtten dat statinegebruikers vaker een mutatie hebben in SMAD4, een belangrijke onderdeel van het BMP pad, dan niet-statine gebruikers. Dit omdat het gebruik van statines mogelijk voor een selectie zorgt waarbij alleen kankercellen met een onwerkzame BMP-signaaltransductie pad de statine kunnen overleven. We hebben inderdaad gevonden dat er significant meer SMAD4 mutaties voorkomen in statine gebruikers ten opzichte van mensen die geen statines gebruiken.

In het voorlaatste hoofdstuk, Hoofdstuk 7, beschrijven we hoe darmkankercellen toch profijt kunnen hebben van BMP activatie. Eerdere studies hebben namelijk aangetoond dat als SMAD4 geïnactiveerd wordt, BMP signalering niet op de conventionele manier verloopt. In plaats van de reguliere signaaltransductie eiwitten worden er andere eiwitten geactiveerd met een tegenovergesteld effect. In plaats van celdifferentiatie en celdood (apoptose) vertelt BMP de cel nu dat het moet overleven, prolifereren en uitzaaien. In dit hoofdstuk laten we zien dat BMP2, een BMP ligand, afkomstig van de fibroblast darmkankercellen met een SMAD4 mutatie kan helpen uitzaaien naar andere organen. Samengevat laat het onderzoek, beschreven in dit proefschrift, zien dat BMP signalering erg belangrijk is voor het behouden van de darmhomeostase. Wanneer het goed werkt kan BMP signalering de darm beschermen tegen kwaadaardige groei, maar als de BMP-signaaltransductie niet meer goed verloopt kan dit juist leiden tot poliepen of er zelfs voor zorgen dat kankercellen in een later stadium zich nog gevaarlijker gaan gedragen.