Het begrijpen en verstoren van gecondenseerd β-catenine in darmkanker

Probleemstelling

Darmkanker is de op één na dodelijkste vorm van kanker onder volwassenen. In meer dan 90% van de gevallen van darmkanker is er een mutatie opgetreden in een van de genen van de WNT signaaltransductieketen. Deze keten interpreteert extracellulaire signalen en zet bepaalde gen-expressie programma’s aan. Gedurende normale darmvernieuwing stimuleert de WNT-keten celdeling wanneer nodig. De kankerverwekkende mutaties in de WNT-keten zorgen er voor dat er ook celdeling gestimuleerd wordt zonder dat er vernieuwing nodig is. Activerende mutaties in genen van deze keten dragen dus bij aan darmkanker. De remming van deze genen zou darmkanker kunnen stoppen, maar pogingen om medicijnen te genereren die zich op deze genen richten zijn weinig succesvol gebleken. Er zijn nog geen WNT-remmende medicijnen op de markt die effectief zijn voor darmkanker. Om darmkanker toch effectief te kunnen behandelen  is een beter begrip van deze WNT signaaltransductieketen nodig, en de ontwikkeling van specifieke WNT-remmers.

Onderzoeksrichting

Om goed te functioneren zijn de eiwitten binnen een cel in hoge mate georganiseerd. De eiwitten die nodig zijn voor verschillende processen zoals energieproductie, eiwitafbraak of eiwitvouwing zijn afgescheiden door middel van een membraan. Deze organisatie zorgt er voor dat verschillende processen elkaar niet verstoren en dat deze efficiënt verlopen. Recentelijk is duidelijk geworden dat naast organisatie door middel van een membraanafscheiding er ook processen zijn die gescheiden worden door vloeistof-naar-vloeistof faseovergangen. Hierbij verdelen eiwitten zich niet homogeen over de cel, maar condenseren ze in specifieke druppels. Recentelijk hebben we laten zien dat deze manier van compartimentalisatie ook wordt gebruikt door een cruciaal eiwit in de WNT signaaltransductieketen in de celkern. Dit β-catenine eiwit condenseert in druppels op het DNA waar het genen activeert. Deze organisatiestructuur vormt een uniek nieuw doelwit voor potentiële WNT-remmers, maar het is onduidelijk of de WNT signaaltransdcutieketen ook zo georganiseerd is buiten de celkern en hoe specifieke remmers ontworpen zouden kunnen worden. In dit onderzoeksplan zoeken we uit of de WNT signaaltransductieketen gecondenseerd is in druppels buiten de celkern, welke andere eiwitten zich in die druppels bevinden en hoe de condensatie specifiek verstoord kan worden.

Onderzoeksopzet

Ons onderzoek is verdeeld in drie onderzoeksvragen waarin we de nieuwe organisatie van de WNT signaaltransductieketen onderzoeken.

1. Wat is het effect van β-catenine condensatie in het cytoplasma op het functioneren van de WNT signaaltransductieketen?

Recent hebben we laten zien dat β-catenine gecondenseerd is in druppels in de celkern. Als er geen WNT signaal is wordt β-catenine in het cytoplasma afgebroken voordat het naar de kern gaat en daar een gen expressie-programma aanzet. Door β-catenine te fuseren met een fluorescent eiwit kunnen we door middel van microscopie zien of het condenseert in druppels in levende cellen. We zullen dit volgen in organoid kweekjes die van gezond weefsel of kankerweefsel gemaakt zijn om ook de verschillen in deze condensatie te zien tussen gezonde en darmkanker cellen.

2. Welke eiwitten condenseren samen met β-catenine in de celkern?

Om een β-catenine condensatie te kunnen verstoren zullen we uitzoeken welke andere eiwitten zich in de gecondenseerde β-catenine druppeltjes bevinden. Door middel van microscopie in combinatie met genetische modellen van darmkanker organoid kweekjes zullen we een aantal kandidaat eiwitten testen op aanwezigheid in β-catenine druppels. Door de manier van interactie van deze eiwitten te bestuderen leren we hoe dat de condensatie wellicht verstoord kan worden.

3. Hoe kan de β-catenin condensatie in darmkanker geremd worden?

Om specifiek de β-catenine condensatie te verstoren nemen we gedeeltes van de eiwitten waarvan we weten dat ze met β-catenine in de gecondenseerde druppels zitten en testen met biochemische methoden of deze de druppelvorming verstoren. Succesvolle kandidaat eiwitten worden dan getest op organoid kweekjes van gezond weefsel en darmkanker weefsel. Zo wordt bepaald of  deze specifiek in darmkanker de WNT signaltransductie en daarmee de celdeling remmen.

Verwachte uitkomsten

Ewitcompartimentalisatie door middel van condensatie en druppelvorming is een nieuw concept wat nog niet eerder toegepast is op de WNT signaaltransductieketen. De organisatie van de WNT signaaltransductieketen in zulke druppels verklaart een groot aantal eerdere observaties en geeft nieuwe handvatten om WNT remmers te ontwerpen. Het voorgestelde werk bevat de eerste systematische methode om remmers van eiwitcondensaten te identificeren en te testen. Daarnaast levert het een aantal kandidaat eiwitten op die getest zijn op darmkanker organoid kweekjes en daar hebben laten zien dat ze celdeling kunnen remmen. Deze kandidaat eiwitten kunnen verder getest worden en eventueel vertaald kunnen worden naar de kliniek. Samen dragen deze twee uitkomsten bij aan de missie van het KWF, in het specifiek het doel om meer genezig te bewerkstelligen.