23 mei

De functie van leverkanker-genen bestuderen in mini-orgaantjes

Terug naar nieuws

Onderzoekers van het Hubrecht Institute (KNAW) en de Radboud Universiteit hebben een model ontwikkeld waarbij ze organoïden, mini-orgaantjes van een stukje menselijk weefsel, gebruiken om de functie van specifieke genen die in leverkanker vaak gemuteerd zijn te bestuderen. Met behulp van dit nieuwe model hebben ze gevonden dat fouten in BAP1, een gen dat vaak fouten bevat in leverkanker, het gedrag van de organoïden verandert. De resultaten zijn op 23 mei gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Cell Stem Cell.

Organoïden en onderzoek naar kanker
Organoïden zijn mini-orgaantjes die in het lab gekweekt kunnen worden van een heel klein stukje weefsel van allerlei verschillende organen. Deze organoïden worden al een aantal jaar gebruikt in onderzoek naar kanker, vooral door organoïden die gekweekt zijn uit tumorweefsel te vergelijken met organoïden die gekweekt zijn uit gezond weefsel. Deze aanpak is echter niet geschikt om de functie en rol te bestuderen van specifieke genen waarvan bekend is dat ze vaak fouten bevatten in kanker. Om meer te leren over het ontstaan van een tumor was er een model nodig waarin organoïden met en zonder zulke fouten met elkaar kunnen worden vergeleken.

Dit laat zien hoe belangrijk het is om de functie van een gen te bestuderen in een model dat relevant is voor het ziektebeeld.

Nieuw model
De onderzoekers ontwikkelden een nieuw model waarin ze organoïden van de gezonde lever genetisch zo aanpasten met de moleculaire mini-schaar CRISPR/Cas9, dat ze een foutje bevatten in een bepaald gen. Zo konden ze de functie van die fout, die mutatie, voor het ontstaan van een tumor te bestuderen. “Het bestuderen van de rol van zulke mutaties in het ontstaan van een tumor is in het bijzonder belangrijk bij leverkanker,” zegt Benedetta Artegiani, een van de onderzoekers, “omdat het een heel heterogene soort kanker is waarin mutaties in veel verschillende genen worden gevonden in verschillende patiënten.” Tot nu toe is de rol van veel deze genen in het ontstaan van een tumor onbekend. De ontwikkelde methode is daarom een waardevol gereedschap om de functie van deze specifieke genen in het ontstaan van leverkanker te bestuderen.

BAP1 mutant human liver organoids are a solid mass of cells. Credit: Benedetta Artegiani, © Hubrecht Institute

BAP1
Het model is door de onderzoekers gebruikt voor het verder ontrafelen van de functie van BAP1, een gen dat gemuteerd is in ongeveer 15-20% van alle patiënten met leverkanker. De functie van dit gen in het ontstaan van een levertumor was tot nu toe onbekend. De onderzoekers kwamen erachter dat organoïden waarin BAP1 gemuteerd is andere eigenschappen hadden dan gezonde organoïden: ze veranderden in vaste klompjes cellen die meer harder groeiden, meer bewogen en fuseerden met andere organoïden. Deze eigenschappen lijken op de eigenschapen van een meer invasieve, kwaadaardige tumor. Bovendien konden deze veranderingen in het uiterlijk en gedrag van de organoïden ongedaan gemaakt worden door het toevoegen van een normaal BAP1 gen. Daarnaast maakten de onderzoekers ook organoïden met mutaties in vier genen die vaak gemuteerd zijn in leverkanker, en organoïden waarin naast deze vier genen ook BAP1 gemuteerd was. Deze organoïden transplanteerden de onderzoekers in muizen, waarna bleek dat alleen de organoïden die ook de gemuteerde versie van BAP1 bevatten kwaadaardige tumoren vormden.

A single normal human liver organoid and a BAP1 mutant organoid that is fusing with neighbouring organoids. Credit: Benedetta Artegiani, © Hubrecht Institute

Het meest geschikte model kiezen
Door het combineren van verschillende methodes – microscopie, het filmen van organoïden en “multi-omics” (op RNA, DNA en eiwit gebaseerde) technieken, bestudeerden de onderzoekers de mechanismen waardoor een mutatie in BAP1 de ontwikkeling van een tumor kan beïnvloeden. Ze ontdekten dat het muteren van BAP1 zorgde voor veranderingen in de genen die actief zijn in de organoïden. Door het toevoegen van een normaal BAP1 gen kon dit effect worden omgekeerd. “Deze veranderingen in de activiteit van genen zijn wellicht afhankelijk van het celtype waarin BAP1 is gemuteerd,” zegt Artegiani, “dit zou kunnen verklaren waarom de eerder beschreven functies van BAP1 verschillen tussen verschillende celtypes. Daarmee laat dit ook zien hoe belangrijk het is om de functie van een gen te bestuderen in een model dat relevant is voor het ziektebeeld, en gekweekt uit het orgaan en het organisme waarin je geïnteresseerd bent.”

Het modelleren van een tumor
De onderzoekers laten zien dat mutaties in BAP1 belangrijk zijn voor de overgang van een goedaardige naar een kwaadaardige levertumor. Bovendien laten ze zien dat de organoïden gebruikt kan worden voor het modelleren van levertumoren, door het muteren van individuele genen. Omdat het relatief eenvoudig is om organoïden te manipuleren met CRISPR/Cas9 kunnen ze gebruikt worden om de functie van de verschillende genen met onbekende functies in leverkanker te bestuderen, zowel individueel als voor meerdere genen tegelijk om naar een gezamenlijk effect van verschillende mutaties te kijken. Dit soort onderzoeken zullen meer inzicht geven in de ontwikkeling van levertumoren.


Publicatie
Probing the Tumour Suppressor Function of BAP1 in CRISPR-engineered Human Liver Organoids. Benedetta Artegiani, Lisa van Voorthuijsen, Rik G.H. Lindeboom, Daniëlle Seinstra, Inha Heo, Pablo Tapia, Carmen López-Iglesias, Daniel Postrach, Talya Dayton, Rurika Oka, Huili Hu, Ruben van Boxtel, Johan H. van Es, Johan Offerhaus, Peter J. Peters, Jacco van Rheenen, Michiel Vermeulen and Hans Clevers. Cell Stem Cell 2019.

Dit onderzoek is een samenwerking tussen de groep van Hans Clevers bij het Hubrecht Institute, de groep van Michiel Vermeulen bij het Radboud Institute for Molecular Life Sciences (RIMLS) van de Radboud Universiteit, de groep van Jacco van Rheenen bij het Nederlands Kanker Instituut (NKI), de groep van Peter Peters bij het Maastricht Multimodal Imaging Institute en de afdeling pathologie van het UMC Utrecht.

 

 

Hans Clevers is groepsleider bij het Hubrecht Instituut, professor Moleculair Genetics bij het UMC Utrecht en de Universiteit Utrecht, wetenschappelijk directeur van het Prinses Máxima Centrum voor kinderoncologie en Oncode Investigator.