DNA schade tijdens mitose

Achtergrond en probleemstelling

Tijdens celdeling wordt het genetisch materiaal van cellen eerst verdubbeld, waarna het verdeeld wordt over twee dochtercellen in een proces dat mitose heet. Om te zorgen dat dit proces goed verloopt, zijn er zogenaamde ‘cel cyclus checkpoints’, die de celdeling tijdelijk pauzeren wanneer DNA is beschadigd. Door middel van deze ‘checkpoints’ krijgen cellen tijd om DNA te repareren.

Gezonde cellen starten niet met mitosis als hun DNA beschadigd is. Bij kankercellen komt het vaak voor dat cellen aan mitose beginnen terwijl er DNA schade is. Dit kan komen omdat cel cyclus checkpoints niet meer optimaal functioneren in kankercellen, omdat ze hun DNA niet goed kunnen repareren, of omdat oncogenen actief zijn, die ervoor zorgen dat er veel DNA beschadigingen ontstaan door een versnelde celdeling. Ook kan DNA schade in mitotische cellen het gevolg zijn van kanker behandeling.

Recent hebben we aangetoond dat het ondergaan van mitose in de aanwezigheid van veel DNA schade, de tumorcel dood sterk bevordert. Daarnaast geeft een mitose in de aanwezigheid van DNA schade ontstekingsreacties in tumorcellen. Dit is relevant voor recent ontwikkelde immuuntherapie, die effectiever is wanneer tumorcellen ontstekingsreacties laten zien. Samengenomen laten onze recente onderzoeksresultaten zien dat het relevant is hoe tumorcellen omgaan met DNA beschadigingen tijdens mitose.

Voor lange tijd dacht men dat DNA reparatie processen inactief zijn tijdens mitose. Onlangs hebben we met behulp van massaspectrometrie laten zien dat belangrijke componenten van DNA reparatie inderdaad geïnactiveerd worden tijdens mitosis. Echter, we hebben ook ontdekt dat bepaalde DNA reparatie mechanismen juist wel actief lijken te zijn tijdens mitose. Dus, onze resultaten laten zien dat (1) tumor cellen vaak een mitose ondergaan in de aanwezigheid van DNA schade, (2) het ondergaan van mitose in de aanwezigheid van DNA schade celdood van tumorcellen stimuleert, en dat (3) de manier waarop cellen DNA repareren tijdens mitose rigoureus verandert. 

Desondanks weten we nog bijna niets over het proces hoe cellen tijdens mitose op DNA schade reageren, en hoe dit het gedrag van tumorcellen beïnvloed. Ook weten we niet of de manier waarop tumorcellen met DNA schade omgaan tijdens mitose hun gevoeligheid voor chemotherapie beïnvloed. Tenslotte weten we nog niet of reparatie van DNA schade tijdens mitose kan worden geïnactiveerd in tumorcellen, en kan dienen als therapeutisch aangrijpingspunt.

Onderzoeksrichting

In dit onderzoeksproject willen we in gedetailleerd in kaart brengen hoe tumorcellen omgaan met DNA schade tijdens mitose, en hoe deze processen het gedrag van tumorcellen beïnvloeden. We zullen hiervoor onderzoeken welke eiwitten betrokken zijn bij een aantal kanker-relevante soorten van DNA schade. Daarnaast zullen we onderzoeken wat de effecten zijn van het doelgericht uitschakelen van DNA reparatie tijdens mitose. 

Doel van dit onderzoek

Het doel van dit onderzoek is het ontrafelen van de mechanismen van DNA schade reparatie tijdens mitose, en om het belang daarvan voor tumorcellen in kaart brengen.

Onderzoeksopzet

WP1: In werkpakket 1 gebruiken we eiwitanalyse met behulp van massaspectrometrie om een overzicht te creëren van de cellulaire reacties op DNA schade tijdens mitose. We zullen hier voortborduren op een reeds operationele onderzoeksopzet om eiwitten te identificeren die worden gerekruteerd naar beschadigd DNA. We zullen aan aantal klinisch relevante geneesmiddelen gebruiken om DNA schade te induceren, en daarnaast gedefinieerde DNA structuren gebruiken die specifieke soorten DNA schade weerspiegelen.

WP2: In werkpakket 2 zullen geïdentificeerde eiwitten uit WP1, samen met recent ontdekte factoren, worden gevalideerd in humane cellijn modellen. Daarnaast zullen we in kaart brengen hoe DNA schade wordt gerepareerd in cellen in mitose met behulp van genetische uitlees methodes.

WP3: In het derde werkpakket zullen we in kaart brengen wat de invloed is van mitotische DNA reparatie op de stabiliteit van het genoom, en de mate waarin tumorcellen ontstekingsreacties opwekken. Daarnaast zullen we bepalen in hoeverre tumorcellen afhankelijk zijn van mitotische DNA reparatie eiwitten voor hun levensvatbaarheid, en in hoeverre het doelgericht inactiveren van mitotische DNA reparatie de gevoeligheid van tumorcellen op chemotherapie en bestraling kan verhogen. 

Verwachtte uitkomst

We zullen een overzicht genereren hoe tumorcellen omgaan met DNA schade tijdens mitosis. De eiwitten die hierbij betrokken zijn zullen we in kaart brengen. Daarnaast zullen we onderzoeken in hoeverre tumorcellen afhankelijk zijn van DNA schade signalering tijdens mitose, en of het doelgericht uitschakelen van deze eiwitten de gevoeligheid voor chemotherapie en bestraling kan verhogen.

Relevantie voor KWF

DNA schade is zeer nauw betrokken bij het ontstaan en behandelen van kanker. In dit project proberen we een gedetailleerd beeld te krijgen van hoe cellen omgaan met DNA schade in mitose. Dit onderzoek zal een beter inzicht bieden in de biologie van tumorcellen, een beter begrip beiden van het werkingsmechanisme van anti-kanker medicijnen, en kan mogelijk aangrijpingspunten bieden voor nieuwe doelgerichte therapie.