Onderzoek naar kanker in stroomversnelling

Genomics beloftevol voor aanpak tumoren

In het taalgebruik van NKI-onderzoeker professor René Bernards zijn termen als ‘RNA-interferentie’ en ‘genetic profiling’ net zo gewoon als de woorden ‘stethoscoop’ en ‘bloeddrukmeter’ voor een praktiserend arts. Hij vertelt waarom deze technieken zo geschikt zijn voor het onderzoek naar de genetica van kanker.

Even was er twijfel. Is het wel verstandig om in het bestaande samenwerkingsverband mee te dingen naar de miljoenen die de overheid via het Nationaal Regieorgaan Genomics beschikbaar heeft gesteld om het genomicsonderzoek te stimuleren? ‘Wellicht maak je meer kans als je in een andere samenstelling een voorstel indient’, was de gedachte die die twijfel voedde. ‘Maar ons Centrum voor Biomedische Genetica is natuurlijk niet voor niets een toponderzoeksschool. We zijn al vijf jaar een goed geoliede combinatie.’

Aan het woord is professor René Bernards, hoofd van de onderzoeksafdeling Moleculaire Carcinogenese van het Nederlands Kanker Instituut/Antoni van Leeuwenhoek ziekenhuis (NKI/AvL). Samen met onderzoeksafdelingen van de universiteiten in Utrecht en Rotterdam vormt het NKI/AvL het Cancer Genomics Centre. De universiteit van Leiden, die wel participeert in de toponderzoeksschool, maakt geen deel uit van het samenwerkingsverband. ‘Zij gaan het genomicsonderzoek in een andere samenstelling doen.’ (zie MC 21/2003: 849).

Schaalvergroting

Het onderzoeksvoorstel van het Cancer Genomics Centre is goedgekeurd door het Nationaal Regieorgaan Genomics en werd beloond met een bedrag van om

en nabij 14 miljoen euro. ‘Op de keper beschouwd is het niet veel geld’, relativeert Bernards. ‘Op de totale begroting van de negen samenwerkende onderzoeksgroepen is het geen enorme bijdrage. Het is wel prettig dat de overheid eindelijk een signaal gaf dat ze waarde hecht aan het genoomonderzoek. Voorheen gebeurde dit onderzoek altijd op betrekkelijk kleine schaal. Elk gen werd afzonderlijk onderzocht. Bij onderzoek naar het genoom kijken we tegenwoordig naar de interactie tussen verschillende genen of naar de activiteit van duizenden genen. Die schaalvergroting kan alleen maar als we voldoende geld hebben.’

Karakter van de tumor

Met de komst van DNA-chips en DNA-microarrays kan in één keer naar de activiteit van 25.000 genen worden gekeken. Bij het NKI onderzoeken ze zo de genexpressieactiviteit in kankercellen om te zien of hiermee iets over het karakter van de tumor is te zeggen. ‘Vorig jaar hebben we daar de eerste resultaten mee geboekt. De histopathologische beoordeling zoals die nu plaatsvindt, is uiteraard aan subjectiviteit onderhevig. Op een microarray kijk je, of eigenlijk de computer, naar de activiteit van 25.000 genen in het tumorweefsel. Dat dit met meer zekerheid iets zegt over het karakter van de tumor dan de histopathologische beoordeling, is logisch. Tenminste, in theorie. Dat het in de praktijk ook blijkt te lukken, is geweldig.’

Tumoren met verschillende eigenschappen onderscheiden gebeurt door patroonherkenning. ‘In een retrospectief onderzoek kijk je of de computer verschillen ziet in de genactiviteit van tumoren van patiënten met en zonder uitzaaiingen. Als de computer het onderscheid kan maken, kun je de zaak omdraaien. Op basis van het microarray-patroon zijn tumoren met een grote kans op metastasen te onderscheiden van goed begrensde vormen van kanker. Dit noemen we profiling.’

De computer heeft bij profiling geen informatie over welke genen volgens de onderzoekers een rol spelen bij het ontstaan van kanker. ‘Het mooie van dit systeem is juist dat de computer laat zien welke genen van belang kunnen zijn. Dat blijkt uit de profielen die de computer in het retrospectieve onderzoek weet te onderscheiden.’

Slechte prognose

In december van het vorige jaar toonde het NKI samen met het bedrijf Rosetta Inpharmatics in een retrospectief onderzoek de voorspellende waarde van profiling met microarrays. ‘Van de patiënten met een lymfkliernegatieve borstkanker is de kans op metastasering na lokale bestraling en chirurgie 30 procent. Maar omdat het zo moeilijk is om vast te stellen wie tot die 30 procent behoort, krijgt 85 procent van de

patiënten adjuvante chemotherapie. Met

profiling kun je een beter onderscheid maken. Van de 180 patiënten die volgens het profiel een slechte prognose had, was bijna 55 procent na tien jaar nog in leven. Van 115 patiënten met een gunstig profiel leefde na tien jaar nog meer dan 85 procent.’ Vanaf volgende maand biedt het NKI in studieverband de voorspellende test aan aan premenopauzale vrouwen met spontane borstkanker. Voor deze patiënten is de techniek gevalideerd.

Metastasen

De prognosechip is het eerste stadium van microarray-diagnostiek in de kliniek. De onderzoekers van het Cancer Genomics Centre willen verder. Centraal staat een tweeledige vraag: welke patiënt moeten we waarmee behandelen?

Bij driekwart tot tweederde van de borstkankers slaat adjuvante therapie niet aan. Borstkankers zijn niet alleen te verdelen in wel en niet metastaserend, maar ook in wel en niet reagerend op chemotherapie. ‘Als je weet dat er zo’n vijftien genen betrokken zijn bij het ontstaan van borstkanker, dan verbaast dat niet. Het is een complexe ziekte, of eigenlijk een verzameling van honderden verschillende ziekten. Nu is de behandeling van een patiënt met kanker een kwestie van trial and error. Werkt middel A niet dan gaan we over naar B en zo nodig naar C. Het is heel goed mogelijk dat voor sommige patiënten middel C het aangewezen middel is om mee te beginnen.’

Om uit te zoeken welke behandeling het beste past bij welke vorm van kanker, zal het Cancer Genomics Centre ook gebruikmaken van genexpressieprofielen. ‘In eerste instantie is retrospectief vast te stellen welke tumoren met bijbehorend genexpressieprofiel goed reageren op de verschillende behandelvormen. Vervolgens kun je in een prospectieve studie onderzoeken of de genexpressieprofielen ook daadwerkelijk een voorspellende waarde hebben. Met andere woorden: of patiënten een behandeling krijgen die beter is afgestemd op het soort tumor.’

De eerste studies in deze richting zijn al gestart. ‘Op het NKI bestuderen wij of er genexpressieprofielen zijn die de reactie van borstkanker op chemotherapie en hormonale therapie voorspellen. Vergelijkbaar onderzoek vindt plaats aan de Erasmus Universiteit. Op dezelfde manier wordt binnen het samenwerkingsverband onderzoek verricht aan melanomen, darmtumoren en lymfomen.’

Het profielonderzoek heeft is niet alleen klinisch van belang maar levert ook nieuwe inzichten in de tumorbiologie op. ‘Heel interessant is de bevinding dat het expressieprofiel van cellen in metastasen heel sterk lijkt op dat van cellen in de primaire tumor. Zelfs een metastase die pas na acht jaar optrad, leek als twee druppels water op die van de originele tumor. Dit betekent dat de gangbare gedachte dat cellen in tumoren grote veranderingen ondergaan en daardoor vervolgens kunnen migreren, waarschijnlijk niet klopt. Dat roept meteen de vraag op waardoor een tumor soms na jaren ineens uitzaait. Daar hebben we nog geen antwoord op.’

Functieverlies

Hoewel het werken met DNA-arrays nog steeds in de kinderschoenen staat, noemt Bernards het niet meer innovatief. Het onderzoek aan de functie van genen met behulp van zogeheten RNA-interferentie (zie kader) is dat wel. ‘We zijn bezig met het maken van RNA-interferentievectoren voor 8500 humane genen. Met RNAi schakel je een gen in cellen voor een langere periode uit waardoor je kunt zien wat voor effect het verlies van de functie van dat gen heeft voor de proliferatie van de cellen. Hiermee kunnen we bekijken wat het verlies van één gen betekent voor het gedrag van een cel.’

Sinds hij met RNAi werkt, lopen farmaceutische bedrijven de deur van het NKI plat. Bernards staat op het punt om een grote overeenkomst te sluiten met een Amerikaans farmaceutisch bedrijf. Dat gaat geld opleveren waarmee hij de nodige schaalvergroting kan financieren.

‘Voor farmaceutische bedrijven is RNAi het ei van Colombus. Met RNAi kun je systematisch onderzoeken welke genen van belang zijn in signaalroutes in de cel waarvan we weten dat ze met het ontstaan van kanker te maken hebben. Het tumorsuppressorgen p53 is in de helft van alle tumoren gemuteerd. We denken dat er in de

signaleringsroute waarvan p53 een onderdeel is, altijd een disfunctionerend gen is waardoor kanker ontstaat. Hetzelfde geldt voor het tumorsuppressorgen Rb. In een systematisch onderzoek, in jargon een screen, kun je kijken of er enzymen zijn die onderdeel zijn van de signaleringsroute. Je zoekt bewust naar enzymen uit bepaalde enzymfamilies waarvan bekend is dat je daar farmacologisch op in kunt grijpen. Zo heeft de onderzoeksgroep van

Bernards onlangs ontdekt welk enzym een belangrijke rol speelt bij een zeldzame vorm van kanker. Omdat deze bevinding momenteel wordt beoordeeld door een van de meest toonaangevende wetenschappelijke vakbladen, kan Bernards er niet in detail op ingaan. ‘Het mooie is dat het gaat om een enzym waarop een alledaags geneesmiddel ingrijpt. In een klinische studie zijn we nu aan het onderzoeken of dat geneesmiddel ook klinisch toepasbaar is bij deze vorm van kanker. Als dit werkt, betekent het dat we het traject from screen to drug in een halfjaar hebben afgelegd.’

DNA-herstelmechanismen
Het ontwikkelen van geneesmiddelen is niet de kerntaak van het NKI. De nadruk ligt hier dan ook niet op. In het Cancer Genomics Centre gebruiken de onderzoekers RNAi vooral om de functie van genen bij kanker systematisch te onderzoeken. Behalve voor borstkanker doet het NKI dat ook voor melanomen en lymfomen. De onderzoekers in Utrecht richten zich meer op de signaleringsroutes die bij colonkanker een rol spelen. In Rotterdam worden DNA-herstelmechanismen bestudeerd. Bernards: ‘Dit is uitermate goed met RNAi te onderzoeken. Door DNA-schade te creëren in aanwezigheid van het interfererende RNA kun je uitzoeken welke genen onmisbaar zijn voor een goed herstelmechanisme.’

Subtiel ingrijpen

De onderzoeksresultaten op gekweekte cellen zullen in eerste instantie in proefdiermodellen moeten worden gevalideerd. ‘Dat is waar Anton Berns, directeur van het Cancer Genomics Centre, zich mee bezighoudt. Zijn onderzoeksgroep werkt aan een systeem om de functie van genen in muizen te onderzoeken. Dat gebeurt met lentivirussen oftewel gemodificeerde aids-virussen. De mogelijkheid om bij muizen een gen te inactiveren bestaat al, maar het werken met virussen heeft een aantal voordelen boven deze klassieke knock-out-muizen.’

Bernards zet de voordelen op een rijtje. ‘Je kunt geen knock-out-muis maken als het gen essentieel is voor de overleving tijdens de prenatale ontwikkeling van de muis. Zo’n muis sterft immers al voor de geboorte. Met een virus kan dat wel, omdat je dat kunt inzetten op elk gewenst tijdstip. Een ander voordeel is dat je veel subtieler kunt ingrijpen door een gedoceerde hoeveelheid van het virus te gebruiken. Dit is veel meer in overeenstemming met de situatie zoals die zich in de natuur voordoet, en daar willen we naartoe. We willen weten welke genetische veranderingen plaatsvinden als gezonde cellen veranderen in tumorcellen. Dat inzicht moet vervolgens leiden tot een betere klinische behandeling van kanker.’

Werd de mogelijkheid om genen te lokaliseren dertig jaar geleden niet ook bestempeld als van groot klinisch belang?

‘Vergis je niet. De kennis van het menselijk genoom gaat de gezondheidszorg veranderen. Glivec, het enige “wondermiddel” tegen kanker, is ontwikkeld op basis van kennis over het genoom. Ik voorspel dat RNAi een hele nieuwe klasse van drugtargets gaat opleveren. Geneesmiddelen die gebaseerd zijn op een intelligent inzicht in wat een gen doet en hoe het bijdraagt aan kanker, zullen veel specifieker zijn en minder

bijwerkingen hebben dan de huidige cytostatica.’

RNA-interferentie helpt genfunctieonderzoek

Het toonaangevende vakblad Science noemde RNA-interferentie de belangrijkste wetenschappelijke doorbraak van 2002. Deze techniek maakt het mogelijk om in een cel één of meer genen uit te schakelen gedurende een periode van maanden. Het effect hiervan op de cel geeft informatie over de functie van het gen of de genen. De techniek heeft het afgelopen jaar een vlucht gemaakt in het moleculair biologisch onderzoek.

Voor de ontwikkeling van RNA-interferentie als onderzoeksinstrument hebben wetenschappers gebruikgemaakt van een natuurlijk voorkomend mechanisme. Voor platwormen en insecten is RNA-interferentie een afweermechanisme tegen virussen. Bij het NKI heeft men een vector (genaamd pSUPER) ontwikkeld die in zoogdiercellen zogeheten small interfering RNA (siRNA) produceert. Omdat een onderzoeker zelf kan bepalen wat voor siRNA de vector produceert, is een gen naar keuze uit te schakelen.

Het uitschakelen gaat als volgt. De vector wordt in de cel gebracht en produceert dus siRNA. Dit vormt samen met een aantal eiwitten het zogeheten RNA-inducing silencing complex (RISC). RISC bindt aan het mRNA en knipt dit stuk. Dit verhindert de vertaalslag van mRNA naar eiwit. Zolang pSUPER in de cel aanwezig is, produceert het siRNA en vindt de interventie plaats (eigenlijk is ‘interventie’ een betere vertaling van het Engelse interference dan ‘interferentie’). << EJP

Link:

Klik hier voor het DNA-dossier.