Circadian and cell cycle clock systems in cancer (C5Sys)

Achtergrond:
Ons leven is ingesteld op de 24 uurs licht-donker cyclus, ons opgelegd door de rotatie van de aarde om haar eigen as. De circadiane klok is een biologische uurwerk dat er voor zorgt dat ons gedrag, onze fysiologie en onze stofwisseling optimaal zijn afgestemd op het moment van de dag. Iedere cel bevat een circadiane klok, gebaseerd op een set van klokgenen die elkaar ritmisch aan en uitschakelen met een omlooptijd van ongeveer 24 uur. Deze klok is gekoppeld aan klok-gestuurde lichaamsfuncties (bijv. slaap-waak cyclus, temperatuur, bloeddruk, hartritme, afgifte hormonen) d.m.v. klok-gecontroleerde output genen.
Ook de celcyclus, een proces waarin de cel groeit (G1-fase), zijn erfelijk materiaal dupliceert (S-fase) en na een tussenfase (G2-fase) deelt (M-fase) kan worden gezien als een soort biologische klokwerk. Aan het eind van de G1-fase en G2-fase is nog een moment ingelast waarop de cel zijn DNA controleert op aanwezigheid van schade, dan wel foutjes ontstaan tijdens het kopiëren. Een kankercel onderscheidt zich van een gezonde cel doordat hij zich onttrekt aan deze controlestappen en ongebreideld blijft doordelen, waardoor uiteindelijk tumoren ontstaan.
Epidemiologische en dierexperimentele studies hebben aangetoond dat ontregeling van de circadian klok (bijvoorbeeld door werken in ploegendienst of door regelmatige jet-lag) de kans op het krijgen van bepaalde vormen van kanker (bijv. borstkanker) vergroot. Voorts zijn er aanwijzingen dat de celcyclus onder controle staat van de circadiane klok. Zo delen de cellen in onze huid allemaal op hetzelfde moment van de dag. Omgekeerd blijken DNA beschadigingen (afhankelijk van het moment van de dag waarop zij ontstaan) de circadiane klok te kunnen verzetten, hetgeen suggereert dat de koppeling tussen de celcyclus en de circadiane klok wederzijds is. Daarnaast is gebleken dat de effectiviteit en mate van bijwerkingen van bepaalde vormen van radio- en chemotherapie wordt beïnvloed door het moment van de dag waarop behandeling plaatsvindt (chronotherapie).
Hoewel onze kennis van het onderliggende moleculaire mechanisme van de celcyclus en de circadiane klok in snel tempo toeneemt, is weinig bekend over (i) hoe beide processen aan elkaar zijn gekoppeld en (ii) hoe deze interactie het celdelingsproces en gevoeligheid voor DNA beschadigingen in normale cellen en kankercellen beinvloedt.

Doelstellingen:
Dit project heeft als doel om d.m.v. een systeembiologische aanpak de moleculaire interactie tussen de circadiane klok en de celcyclus te onderzoeken, alsmede de relevantie van deze koppeling voor de delingssnelheid van gezonde cellen en kankercellen te ontrafelen. In het bijzonder wordt gekeken (i) hoe de biologische klok kan dienen als “gate-keeper” van celcyclusprogressie en (ii) hoe chemotherapeutische middelen zoals celcyclusremmers en DNA beschadigende (celdodende) stoffen, ingrijpen op beide (gekoppelde) processen.

Aanpak:
Dit transnationale project is een samenwerkingsverband tussen 7 Europese laboratoria met uitgebreide en complementaire expertise op het gebied van de circadiane klok, kanker dynamica, DNA reparatie, transcriptoomprofilering, bioinformatica en matematische modellering.
Binnen dit project zal het Erasmus MC zich bezighouden met het genereren van reportercellijnen (gezonde cellen en humane borsttumorcellen) voor het “real-time” volgen van de fase waarin de celcyclus- en circadiane klok verkeren. In deze cellijnen zullen vervolgens systematisch celcyclus- en klokgenen worden uitgeschakeld teneinde (i) het effect op de delingssnelheid van gezonde cellen en borsttumor cellen te meten, (ii) de gevoeligheid van de cellen voor celcyclusremmers en DNA beschadigende (celdodende) stoffen te onderzoeken, en - in het geval van de borsttumorlijnen - (iii) in een tumortransplantatiemodel op een non-invasieve manier (in vivo imaging) te onderzoeken hoe uitschakeling van klok- en celcyclusgenen tumorgroei en -uitzaaing beinvloeden. Tevens zal in een aantal geva