< Terug naar vorige pagina

Project

Onderzoek naar de genetische basis van COPD, emfyseem en longkanker.

Longkanker en chronisch obstructief longlijden (COPD) zijn twee belangrijke doodsoorzaken wereldwijd die voornamelijk voorkomen bij rokers. Vijftig tot negentig procent van de rokers die gediagnosticeerd worden met longkanker lijden ook aan COPD. Het vaak voorkomen van beide ziekten in dezelfde patiënt is niet enkel toe te schrijven aan gemeenschappelijke risicofactoren zoals hogere leeftijd en roken, maar ook aan het feit dat COPD onafhankelijk het risico op longkanker tot vijfmaal verhoogd. COPD is een complexe ziekte die gekenmerkt wordt door een versnelde achteruitgang van de longfunctie en door een chronische overdreven immuunreactie in de longen. De ernst van de ziekte wordt ten dele bepaald door de mate van luchtstroombeperking, veroorzaakt door vernauwing van de kleine luchtwegen en afbraak van longweefsel (emfyseem). Epidemiologische data tonen aan dat beide componenten onafhankelijk de incidentie van longkanker verhogen. Verder zijn longkanker en COPD ook gelinkt in mensen die nooit gerookt hebben. De sterke associatie tussen beide ziekten suggereert dat er nog andere gemeenschappelijke risicofactoren zijn buiten roken, of dat er afwijkingen aanwezig zijn in een COPD omgeving die het ontstaan van longkanker beïnvloeden. De exacte mechanismen die hierin een rol spelen zijn echter nog niet volledig gekend.

Hoewel roken verantwoordelijk is voor meer dan 80% van alle COPD- en longkankergevallen zal enkel de minderheid (<25%) van alle rokers één of beide ziekten ontwikkelen. Deze observatie suggereert een aangeboren of genetisch verschil in de gevoeligheid voor sigarettenrook onder rokers. Het feit dat dezelfde minderheid van rokers die gevoelig is voor de ontwikkeling van COPD ook een verhoogd risico lijkt te lopen op de ontwikkeling van longkanker suggereert bovendien een gemeenschappelijke genetische aanleg voor beide ziekten. Overlappende genetische risicovarianten zijn inderdaad gerapporteerd. Zo hebben de meerderheid van genoomwijde associatiestudies een invloed van varianten in de 15q24/25 locus op het risico van COPD en longkanker geïdentificeerd. Deze locus bevat onder andere de CHRNA genen die coderen voor nicotine acetylcholine receptor subeenheden. Dezelfde CHRNA varianten die geassocieerd zijn met COPD en longkanker blijken echter ook voor te beschikken tot rookverslaving, waardoor het moeilijk is om een onderscheid te maken tussen een directe genetische associatie met ziekte en een indirecte associatie via een invloed op rookgedrag. Van de tweede locus die geassocieerd is met longkanker - de 5p15.33 locus die TERT en CLPTM1L bevat - veronderstelt men echter enkel een directe associatie met longkanker. Zo is de associatie gerepliceerd in een groep van mensen die nooit gerookt hebben en is er geen associatie gevonden in GWAS over rookverslaving. Op het moment dat wij onze studies startten, was de relatie tussen 5p15.33 en COPD of emfyseem nog niet onderzocht.

In deze thesis hebben we de hypothese van een gemeenschappelijke genetische basis van COPD, emfyseem en longkanker onderzocht door genotypefrequenties te vergelijken tussen rokers zonder een longaandoening, rokers met COPD waarin de aanwezigheid van emfyseem radiografisch was onderzocht, en rokers met longkanker die een longfunctietest hadden ondergaan om de aan- of afwezigheid van COPD te bevestigen. Daarnaast hebben we ook de rol van het DNA methyloom onderzocht in de link tussen COPD en longkanker. DNA methylatie heeft een sterke invloed op genexpressie en wordt zelf beïnvloed door de omgeving. Gezien het belang van de omgeving in de ontwikkeling van COPD en longkanker, speelt het DNA methyloom waarschijnlijk een rol in beide ziekten afzonderlijk en mogelijk ook in de link tussen beide ziekten. Veranderingen in het normale DNA methylatiepatroon zijn inderdaad beschreven in perifeer bloed, luchtwegepitheelcellen en weefselstalen van COPD- en longkankerpatiënten. Hoewel er een overeenkomst lijkt te zijn tussen de veranderingen gevonden in beide ziekten, werd de directe invloed van COPD op het longkankermethyloom nog niet onderzocht. Om deze invloed te bestuderen hebben we prospectief tumor en omgevend niet-maligne weefsel verzameld van patiënten met niet-kleincellige longkanker (NKLK), allen goed gekarakteriseerd voor rookgedrag, COPD status en de aanwezigheid van emfyseem.

Deze unieke aanpak heeft geleid tot de identificatie van rs31489 in de TERT-CLPTM1L locus als een gemeenschappelijke en onafhankelijke risicofactor voor zowel COPD, emfyseem als longkanker. Dragers van het risicogenotype hebben bovendien een tweemaal zo hoog risico op het ontwikkelen van longkanker en COPD dan op longkanker alleen. Verder vonden we een significant verband tussen CHRNA varianten en een versneld verlies van longfunctie in asymptomatische rokers. Er was geen associatie tussen deze varianten en rook-gerelateerde variabelen in onze studiepopulatie. Wel was het effect op longfunctieverlies enkel aanwezig in actieve rokers (en niet in ex-rokers), wat zowel een direct effect via het beïnvloeden van nicotine acetylcholine receptoren in luchtwegepitheelcellen en immuuncellen, en een indirect effect via verschillen in rookgedrag volgens CHRNA varianten suggereert. We vonden ook een significante associatie tussen dezelfde CHRNA varianten en relevante COPD uitkomsten, namelijk een verhoogd risico op het ontwikkelen van zeer ernstig COPD en evolutie naar eindstadium COPD met nood aan longtransplantatie.

Door genoomwijde methylatieprofilering konden we aantonen dat de aanwezigheid van COPD het methylatieprofiel van de tumor beïnvloedt, onafhankelijk van andere klinische factoren. Deze invloed van COPD werd niet vastgesteld in het omgevende niet-maligne weefsel. Genen die veranderingen in methylatieniveau vertoonden in COPD tumoren bleken voornamelijk betrokken te zijn in immuunreacties. Deze aanrijking van immuunresponsgenen was niet aanwezig in niet-COPD tumoren. Het COPD-specifieke immuunsignaal wordt veroorzaakt door veranderingen in het methylatieniveau van immuunresponsgenen die tot expressie komen in tumorcellen en van genen die specifiek tot expressie komen in immuuncellen die de tumor infiltreren. Genexpressieanalyse bevestigde dat genen die betrokken zijn in de immuunrespons anders tot expressie komen in COPD tumoren, en dit signaal werd gerepliceerd in een tweede onafhankelijke populatie (The Cancer Genome Atlas). Immuunhistochemie bevestigde deze bevindingen en toonde significant minder CD3- en CD4-positieve T-lymfocyten in tumoren van COPD patiënten. Samengevat hebben we een NKLK subtype ontdekt dat gekenmerkt wordt door verminderde infiltratie van immuuncellen en geassocieerd is met COPD status. Deze bevindingen lijken op het eerste zicht verrassend aangezien COPD longen gekenmerkt worden door immuuncelinfiltratie en overdreven chronische inflammatie. Langs de andere kant is het ook geweten dat de immuunrespons in COPD patiënten vaak verstoord is, wat een verminderde afweerreactie tegen de tumor zou kunnen verklaren. Onze bevindingen lijken dus biologisch plausibel. Bovendien, gezien de huidige actieve zoektocht naar predictieve biomerkers voor nieuwe immuuntherapieën, lijkt de identificatie van een verminderde anti-tumor immuunrespons in COPD patiënten ook klinisch relevant. We stellen daarom voor dat studies die het effect van nieuwe therapieën voor NKLK onderzoeken COPD status of verminderde immuuncelinfiltratie als potentieel predictieve biomerker mee in rekening nemen.

Deze data tonen aan dat genetische en epigenetische studies kunnen bijdragen tot nieuwe inzichten in de link tussen COPD en longkanker door de betrokken mechanismen bloot te leggen. Bovendien kunnen deze studies relevant zijn voor risicopredictie en optimalisatie van nieuwe therapieën. 

Datum:1 aug 2010 →  16 dec 2015
Trefwoorden:Epigenetics, Single nucleotide polymorphism, Susceptibility, Lung cancer, COPD, Emphysema, DNA methylation
Disciplines:Laboratoriumgeneeskunde, Palliatieve zorg en zorg rond het levenseinde, Regeneratieve geneeskunde, Andere basiswetenschappen, Andere gezondheidswetenschappen, Verpleegkunde, Andere paramedische wetenschappen, Andere translationele wetenschappen, Andere medische en gezondheidswetenschappen
Project type:PhD project