Tale Sliedrecht

Voor niet ingewijden

Het menselijk lichaam is opgebouwd uit miljarden cellen, deze cellen vormen de bouwstenen voor alle verschillende weefsels en organen waaruit ons lichaam bestaat. Het is dan ook niet verwonderlijk dat er honderden verschillende soorten cellen zijn met elk een specifieke functie en vorm naargelang hun taak in het lichaam. De slijtgevoelige darmwand bijvoorbeeld, bevat snel reproducerende cellen die zijn gespecialiseerd in het afscheiden van darmsappen voor de spijsvertering. Terwijl de neuronen in de hersenen zijn gespecialiseerd in het ontvangen en doorgeven van signalen.

Ondanks de verschillende taken van de cellen bevatten ze allen het identieke handleidingenboek “het DNA” dat ligt opgeslagen in de celkern. In dit handleidingenboek staan de instructies die nodig zijn voor een cel om goed te functioneren. Afhankelijk van de variërende functies van cellen zullen de instructies per celtype verschillen. Het handleidingenboek bestaat uit 46 hoofdstukken, ofwel chromosomen. Tijdens de bevruchting heeft u 23 hoofdstukken van uw moeder meegekregen en de andere 23 van uw vader. Vanaf het moment van de bevruchting zijn we begonnen met delen om vervolgens niet meer te stoppen. Het proces van celdeling staat aan de basis van de ontwikkeling van alle organismen en het is dit wonderlijke proces dat ik de afgelopen vijf jaar heb bestudeerd en waarvan de onderzoeksresultaten beschreven staan in dit proefschrift.

Celdeling

De deling van één ‘moedercel’ in twee nieuwe ‘dochtercellen’ wordt mitose genoemd. Eén van de meest essentiële taken van de mitose is het eerlijk verdelen van het erfelijk materiaal op een dusdanige manier dat beide dochtercellen uiteindelijk exact dezelfde kopie van het handleidingenboek bezitten. Voordat een cel dus kan overgaan tot de mitose zal eerst het erfelijk materiaal, het DNA, moeten worden verdubbeld. Nadat alle 46 chromosomen foutloos zijn overgeschreven blijven kopie en origineel - die we nu zusterchromosomen noemen - aan elkaar gebonden. De cel is nu klaar voor de mitose.

Mitose is opgedeeld in meerdere opeenvolgende fasen (zie figuur 1), tijdens de eerste fasen, de ‘pro- en prometafase’ genoemd, groeien vanuit twee tegenoverliggende polen dynamische draden, microtubuli, om een spoelfiguur te vormen. In deze fasen moeten de microtubuli van het spoelfiguur de zusterchromosomen zien te binden. Na veel duw- en trekwerk zullen alle zusterchromosomen zich uiteindelijk in het midden van de cel bevinden. Op het moment dat de ene zuster via microtubuli gebonden is aan één pool, en de andere zuster aan de tegenoverliggende pool heeft de cel ‘metafase’ bereikt en is klaar om te delen. De zusterchromosomen worden fysiek van elkaar gescheiden en netjes verdeeld over de twee dochtercellen in ‘anafase’. De uiteindelijke vorming van de twee nieuwe dochtercellen vindt plaats in de laatste fasen; ‘telofase en cytokinese’ van de mitose. In deze fasen begint het celmembraan in het midden in te snoeren tot er een scheiding tussen de twee cellen optreedt. Uit één cel hebben zich aldus twee cellen gevormd met precies hetzelfde erfelijk materiaal.

Het Mitotische Checkpoint

Het is van essentieel belang dat er tijdens de deling geen fouten worden gemaakt in de chromosoomverdeling. Het goed functioneren van de cel wordt door het genetisch materiaal bepaald en het hebben van een verkeerd aantal chromosomen (aneuploidy) kan desastreuze gevolgen hebben. Aneuploidy is een kenmerk van bijna alle tumoren, het is echter nog onduidelijk of het maken van fouten tijdens de celdeling bijdraagt aan het ontstaan van kanker. Naast de aanwezigheid van aneuploidy in kanker, heeft de aanwezigheid van een verkeerd aantal chromosomen ook tijdens de humane ontwikkeling grote effecten. Dit wordt bijvoorbeeld geïllustreerd in het syndroom van Down, waarbij de aanwezigheid van een extra chromosoom (nummer 21) grote gevolgen heeft. Om aneuploidy te voorkomen, beschikt de cel over een controlemechanisme, het mitotische checkpoint, welke de voortgang van de deling nauwlettend in de gaten houdt.

Aan de basis van het mitotische checkpoint staat het kinetochoor, een structuur van eiwitten die zich aan weerszijden van de zusterchromosomen bevindt. De kinetochoor vormt de bindingsplaats voor microtubuli. In afwezigheid van stabiel gebonden microtubuli zal het kinetochoor een stopsignaal produceren welke de deling van de cel tegenhoudt. Pas als alle kinetochoren stabiel gebonden zijn in metafase (één zusterschromosoom met de ene pool, en de andere zuster met de tegenoverliggende pool) laat het mitotische checkpoint deling van de zusterchromosomen toe. De microtubuli trekken de dan gescheiden zusters naar de tegenoverliggende kanten van de cel.

Het onderzoek beschreven in dit proefschrift

Ondanks het belang van het mitotische checkpoint, is het nog onduidelijk hoe veel aspecten van het mitotische checkpoint functioneren. Een groep eiwitten genaamd kinasen, vervullen een centrale rol in mitose en het mitotische checkpoint. Eén van deze kinasen, genaamd MPS1, staat centraal in het onderzoek beschreven in dit proefschrift. Alvorens ik het onderzoek omtrent MPS1 bespreek, is het van belang het functioneren van kinasen kort toe te lichten. Een belangrijk mechanisme dat cellen gebruiken om een signaal door te geven is het aanbrengen van een modificatie op een ander eiwit. Eén van de bekendste en meest onderzochte modificaties, is het aanbrengen van een fosfaatgroep op een eiwit. Dit mechanisme, fosforylering genaamd, reguleert een breed scala van cellulaire processen. De introductie van een negatief geladen fosfaatgroep kan de structuur en activiteit van een eiwit veranderen of de interacties met andere eiwitten verstoren of stimuleren. Kinasen bezitten de enzymatische activiteit om een fosfaatgroep te koppelen aan andere eiwitten. Een kleine groep kinasen is verantwoordelijk voor de regulatie van het mitotische checkpoint.

Figuur 1. Schematische weergave van de celdeling
Voor aanvang van de celdeling bevinden de verdubbelde chromosomen zich nog in de celkern, wanneer de celkern aan het begin van de mitose afbreekt vormt zich een spoelfiguur (prometafase). De dynamische draden (microtubuli) van het spoelfiguur binden de zusterchromosomen op gespecialiseerde aanhecht plaatsen (kinetochoren). Na veel duw en trekwerk bevinden de zusterchromosomen zich in het midden van de cel (metafase). De zusters worden van elkaar gescheiden in anafase en elk naar een kant van de cel getrokken. Tijdens de laatste fase van de celdeling zullen de twee dochtercellen zich vormen, beiden met een gelijke hoeveelheid chromosomen. Fouten tijdens de celdeling die mogelijk voortkomen uit een slecht functionerend mitotisch checkpoint leiden tot een ongelijke hoeveelheid chromosomen in de dochtercellen (aneuploidy).

Het belang van het MPS1 gen voor het mitotische checkpoint werd in 1996 voor het eerst beschreven in gist. Later bleek dat ook het humane MPS1 essentieel is voor het goed functioneren van het checkpoint. Zonder MPS1 (of MPS1 activiteit) zullen cellen delen terwijl één of meerdere kinetochoren niet aan microtubuli gehecht zijn, met aneuploidy als gevolg. Uit recentelijk onderzoek blijkt dat MPS1 op meerdere manieren het checkpoint beïnvloedt.

In hoofdstuk 1 behandel ik wat in de literatuur bekend is over mitose, de kinetochoor, het mitotische checkpoint en wat de rol van MPS1 hierin is.

Om een beter beeld te krijgen van alle verschillende functies van MPS1 in mitose wordt in hoofdstuk 2 beschreven hoe wij door middel van mutaties in het ATP bindingsdomein van MPS1, het kinase gevoelig hebben gemaakt voor chemische remmers. Deze aanpak stelde ons in staat MPS1 activiteit op zeer snelle en specifieke wijze te remmen. Deze remming van MPS1 bleek een handig hulpmiddel om de functie van MPS1 in mitose te bestuderen. Een belangrijke functie van MPS1 is het rekruteren van andere checkpoint eiwitten naar de kinetochoor.

In hoofdstuk 3 onderzoeken we hoe MPS1 het checkpoint eiwit MAD1 naar de kinetochoor rekruteert. Kinetochoor lokalisatie van MAD1 is essentieel voor het goed functioneren van het checkpoint. Naast MPS1 heeft ook het checkpoint kinase BUB1 en het MAD1-rekruterende eiwit ZW10 invloed op de lokalisatie van MAD1. Wij hebben ontdekt dat al deze eiwitten samenwerken om de lokalisatie van MAD1 naar de kinetochoor te reguleren.

Hoofdstuk 4 beschrijft de zoektocht naar nieuwe regulatoren van het mitotische checkpoint. Uit recentelijk onderzoek is gebleken dat niet alle regulatoren van het checkpoint essentieel zijn. De functie van deze eiwitten in het checkpoint komt pas aan het licht als het checkpoint verzwakt is en gevoelig is voor kleine veranderingen. Onze data laat zien dat het kinase PLK1 een dergelijke niet-essentiële regulator van het checkpoint is. PLK1 heeft veel verschillende functies in mitose, hierdoor is de door ons beschreven functie in het checkpoint tot nu toe onderbelicht gebleven. Onze data laat zien dat PLK1 activiteit alleen essentieel wordt wanneer het checkpoint verzwakt is. Een situatie die waarschijnlijk gelijk staat aan een cel met nog maar één of twee niet gebonden kinetochoren.

Ondanks het belang van MPS1 in het mitotische checkpoint was er bij aanvang van mijn promotieonderzoek nog geen enkel eiwit bekend dat wordt gefosforyleerd door MPS1 om het checkpoint te reguleren. Hoofdstuk 5 beschrijft het gebruik van kwantitatieve massaspectrometrie om nieuwe substraten van MPS1 te identificeren. Met behulp van massaspectrometrie kan bepaald worden of een eiwit gefosforyleerd is. Wij beschrijven verschillende experimentele methodes die wij hebben gebruikt om te bepalen welke eiwitten worden gefosforyleerd door MPS1.

Alle experimentele data in dit proefschrift wordt in hoofdstuk 6 samengevat en bediscussieerd in het licht van relevante literatuur. Het beschreven onderzoek heeft nieuwe inzichten geboden in het mitotische checkpoint en roept nieuwe vragen op. Aan de hand van deze vragen doe ik tevens suggesties voor toekomstig onderzoek.

Dank

Beste Geert, het was me wat de afgelopen vijf jaar. Wat heb ik veel van je geleerd. Jouw kijk op wetenschap is verfrissend en aanstekelijk. Bedankt voor al je geduld tijdens mijn promotie en vooral ook tijdens het schrijfproces (Martine, sorry van je vakantie, ik maak het nog een keer goed). Naast de wetenschap kon je me tevens ook een beetje wijsmaken in het ouderschap en heb je me regelmatig de les gelezen op de squashbaan. Misschien moeten we binnenkort nog eens een potje squashen dan hoef ik je niet meer te laten winnen nu mijn doctoraat binnen is.

Dan de paranimfen. Mathijs, de afgelopen jaren zouden een stuk minder “nice, nice” zijn geweest zonder jou. Onze gedeelde passie voor biertjes, een bakkie, tafeltennis (wie stond er ook alweer voor?) het JSF en zowaar ook nog de wetenschap maakte het elke dag weer een dolle boel op het Stratenum. Andre, wie had kunnen denken dat uitgerekend de persoon die mijn pogingen tot studeren altijd systematisch wist te interrumperen met de vraag biertje......? of eitje.......? naast mij zou staan tijdens mijn verdediging. Ik ben blij dat we na al die jaren de passie voor biertjes en eitjes niet verloren zijn.

Dan de rest van de “Kops groep”. Dames eerst!, Nannette, Saskia en Aniek, dank jullie wel voor het warme welkom op het lab en voor alle wijze lessen op het lab en daarbuiten. Dan Wilco, de man met duizend namen. De beste is toch wel WIKI Woelmeister, want wat weet jij veel. Ik ga alle woelies missen en het wordt even wennen om je na vijf jaar niet meer elke dag te zien. Vincent, ‘my man in the Heck lab’. We hebben wat af gemass-spect, helaas niet met het gewenste resultaat. Misschien was het dan toch KI-67, bedankt voor alle peptides! Ade, you amazed me with all your models. Your view on science is exceptional and I learned a lot from you, thanks dude. Dan alle nieuwe aanwas Snees, Manja, Richard, Wilma, Carlos, Nina, Ajit, Antoinette, (bedankt voor de PLK1 proeven) Eelco, Bas, Claudia, Roy, Tim en Debby. Benaf, ik vond het leuk om de laatste maanden met je samen te werken, ik geloof dat het wel goed gaat komen met jou. Jasmin! Mijn student met een voorkeur voor enzymen met exotische (licht vulgaire) namen. Je onsamenhangende verhalen, het gebruik van het woord giecheltje, de gezelligheid en interesse in het onderzoek maakten de 9 maanden dat je er was erg leuk. Ik hoop dat je wat van me geleerd hebt, bedankt!

Dan alle kansloze AIO’s, waarvan de helft toch helemaal niet zo kansloos is. Rick (dem Book), Andree, Astrid, Maaike, Arne (hoe kwam je nou precies aan die bijnaam van je?), en Pascal, kopjes koffie, biertjes, lekker eten en voornamelijk de rest van het Stratenum door het slijk halen was toch het leukste met jullie.

Niets werkt beter dan je wetenschappelijke frustraties van je afslaan met een goed potje squash! Livio jouw scheldkanonnades, overmatig zweten, geboer en overweldigende vorming van sop onder de douche zal ik missen en niet te vergeten je hulp bij de microscopen. Sander, Niels en Peter jullie slappe gelul (Niels), briljante/tragische slechte woordgrappen (Sander) en scheten (Peter) en alle biertjes bij Olympus zal ik missen. David, Rutger, Maria, Maike, Jonne, Wytze, Lenno, Martijn, Anna, WJ, Anneke, Sarah, bedankt voor alle gezelligheid. En niet te vergeten Lars, de eerste jaren met jou en Wilco op de mannenkamer waren echt top, hoe gaat het eigenlijk met mijn bosjesman? En natuurlijk de rest van de Timmers, Vermeulen, Burgering, Bos, Lens, Dansen, Holstege, Voest, Rowland en Medema labs bedankt voor alle gezelligheid. Cristina, de jaarurenkaart bij jou inleveren was altijd weer een groot avontuur en ik mis het eigenlijk best wel.

Daarnaast was mijn onderzoek regelmatig onderhevig aan de kritische blik van vele wetenschappers van de Medema en Lens groepen. Iedereen bedankt voor het meedenken. Susanne, dank dat je in mijn leescommissie zat en succes met het professorschap. René, je kritische blik ontgaat niets, dat in combinatie met je platte humor maakte werken met je heel prettig, bedankt.

De leden van de beoordelings- en OiO commissie: Tobias en Albert heel erg bedankt voor de bijdrage tijdens de jaarlijkse evaluatie en het lezen van dit proefschrift. Judith Klumperman en Frank Holstege bedankt voor het lezen en beoordelen van dit proefschrift.

Abdel, het was fijn om in een wetenschappelijke omgeving iemand als jou tegen te komen. Ik ken weinig mensen die zoveel lachen en zoveel kletsen. Ik ben blij dat ik je heb leren kennen.

Pap en Mam, wat leuk dat jullie een paar keer op het lab zijn geweest. Het is en zal een mysterie blijven wat ik nou eigenlijk heb gedaan de afgelopen vijf jaar, maar ik besef maar al te vaak dat deze dag er niet zou zijn geweest zonder de degelijke basis die jullie hebben gelegd. Bedankt voor de FF-en lijst, Bonnie, remedial teaching, bijles Duits, half 6 naar de Jan Ligthart en alle andere dingen die ik in de loop der jaren ben vergeten. Eelke bedankt dat je al mijn Nederlandse stukken op fouten hebt gecorrigeerd. De Nederlandse taal blijft ondanks alle bovengenoemde maatregelen niet mijn sterkste kant.

Lieve Tessel. Ik heb de afgelopen anderhalf jaar vaak moeten kiezen tussen nog een western blot inzetten of nog net op tijd thuis zijn om jou op bed te leggen. Jij trok vaak aan het langste eind! Ook al klaag ik vaak (vanochtend werd je om half 6 wakker!!!!!) en zal ik dat waarschijnlijk blijven doen. Je bent en blijft de leukste.

Liefste Mari, al te veel woorden zal ik er niet aan vuil maken. Maar de afgelopen 5 jaar waren een stuk minder leuk geweest zonder jou aan mijn zijde. Je weet de wetenschappelijke sores altijd goed te relativeren (fotosynthese is overrated!). Ik ben blij dat je me na een dag werken in elke vorm accepteert; als P de P, Malarie, de Zieligheid, neutraal, of gewoon lekker hangend op de bank. Dank je voor alles, je bent de liefste.