Hartproblemen zijn vaak een gevolg van verminderde bloedtoevoer naar delen van de hartspier, waardoor er een tekort aan zuurstof en voedingsstoffen ontstaat en het hart de inspanning niet kan volhouden. Je leefstijl is van invloed op de conditie van je hart. Tijdens het verouderen ontstaan er kleine beschadigingen aan de bloedvatwanden. Op plaatsen met niet gerepareerde beschadigingen blijven vetachtige stoffen plakken. Als dit groeit veroorzaakt het atherosclerose (vernauwing van de bloedvaten). Wanneer de doorbloeding van een kransslagader afneemt, veroorzaakt dit bij inspanning angina pectoris (pijn op de borst). Volledige verstopping veroorzaakt een hartinfarct.

Per hartcyclus hoor je twee harttonen (‘lub dub’); een zachte toon door het sluiten van de hartkleppen en een harde toon door het sluiten van de halvemaanvormige kleppen. Hartruis kan het gevolg zijn van slecht sluitende hartkleppen. Aan het begin van de eerste fase van de hartcyclus (vullen) zijn de kamers en de boezems ontspannen (diastole). Het bloed vult de boezems en stroom de kamers in. Aan het einde van de diastole trekken de boezems samen (boezemsystole). Als de kamersystole begint sluiten de hartkleppen door de druk die ontstaat. Hierdoor gaan de halvemaanvormige kleppen juist open en stroom het bloed de longslagader en aorta in (fase twee; leegpersen). De kamers ontspannen, de druk daalt en de halvemaanvormige kleppen sluiten.

De impulsen tot het samentrekken van het hartspierweefsel ontstaat in de SA-knoop (sinusatriumknoop) in de wand van de rechter boezem. Deze knoop vormt het begin van het prikkelgeleidingsysteem van het hart. De elektrische energie verspreidt zich over de boezems, waarna ze de AV-knoop (atrio-ventriculaire knoop) bereiken in de tussenwand onderin de rechterboezem. Hier ontspringt de bundel van His (een groep geleidingscellen) die over de wanden van beide kamers naar het harspunt lopen. Daar geven Purkinjevezels impulsen af aan de kamerwanden. Zenuwen van het autonome zenuwstelse en adrenaline kunnen het hartritme versnellen/vertragen.

Tijdens een hartslag van een gezond persoon laat een elektrocardiogram drie pieken zien; De P-piek, die de elektrische activiteit in de boezems weergeeft, de GRS-piek, die de verspreiding van de impuls over de kamerwanden en het herstel van de boezems aangeeft, en de T-piek, die door het herstel van de kamers veroorzaakt wordt.

Er staan relatief weinig lichaamscellen in direct contact met het externe milieu. Je longen, bloedvaatstelsel, darmen en nieren vormen de infrastructuur in je lichaam om je cellen van stoffen te

voorzien. Je bloed bestaat voor de helft uit bloedplasma, wat bloedvaten bevat. Het bloed stroomt door een systeem van bloedvaten. Samen met je hart vormen ze een dubbele bloedsomloop. Bij inspanning kan het hartminuutvolume toenemen. In de grote bloedsomloop pompt je linker harthelft via de aorta bloed naar de slagaders en via de holle aders terug in de rechter harthelft. In de kleine bloedsomloop pompt je rechter harthelft het bloed via de longslagader naar je longen en via de longaders terug in de linker harthelft.

Omdat bij ongeboren baby’s de longen nog niet werken en er weinig bloed door de longhaarvaten stroom krijgt een baby zuurstof via de placenta. Er is een verbinding tussen de boezems (het foramen ovale) en tussen de longslagader en aorta (de ductus Botalli). Na de geboorte openen de longen, de ductus venosus (bloedvat die het bloed langs de lever in de richting van de onderste holle ader vervoert) sluit als de navelstreng wordt afgeklemd, het foramen ovale sluit en de ductus Botalli verliest zijn functie.

Boezems = dunne wand; kamers = dikke wand; linker harthelft = zuurstofrijk; rechter harthelft = zuurstofarm

T-lymfocyten kunnen selectief kankercellen herkennen en vervolgens doden. Antilichamen spelen een minder belangrijke rol in de afweer tegen tumorcellen.

Er blijkt vaak een groter risico te zijn voor bepaalde soorten kanker bij mensen met immuundeficiënties. Het aantal waargenomen gevallen van bepaalde kankertypen bij deze patiënten kan worden uitgezet tegen het aantal gevallen in patiënten met een werkend immuunsysteem. Hieruit kan een “observed/expected”-ratio berekend worden, zoals weergegeven in tabel 1.

Tumor immunesurveillance wordt uitgevoerd door speciale Tumor Infiltrating Lymphocytes (TILs). Hoe meer TIL’s aanwezig zijn, hoe beter de patiënt de tumor kan bestrijden en hoe langer hij/zij dus in leven blijft. Soms zijn er echter niet genoeg TIL’s aanwezig. Dit kan komen door het ontbreken van een danger signaal. Een danger signaal is nodig voor een goede T-response, omdat dit signaal helpt bij het selectedren van rustende dendritische cellen (DC’s) die nodig zijn voor activatie van cytotoxische T-cellen (figuur 1). Eén signaal kan leiden tot activatie van zeer veel T-cellen (proliferatie in de draining lymph node).

Naast een danger signaal is ook binding van een CD4+ TH1-cel nodig voor de activatie van DC’s. De binding van CD40 op de DC en CD40-ligand op de TH1-cel is hiervoor essentieel. De geselectederde DC kan vervolgens cytotoxische T-cellen selectedren. Zowel CD4+ als CD8+

T-cellen zijn dus belangrijk.

Tumorantigenen zijn meestal eiwitten met mutaties (tumor-specifieke antigenen), of eiwitten die in veel grotere mate tot expressie komen dan in gezonde cellen (tumorgeassocieerde antigenen). Bepaalde tumoren in de eierstokken, die voorkomen bij het

Paraneoplastic Syndrome, zijn een voorbeeld van tumoren met abnormale eiwitexpressie. Deze tumoren hebben namelijk hoge expressie van een onco-neuro eiwit dat normaal alleen in Purkinje cellen in de hersenen voorkomt. T-cellen worden vervolgens ingezet tegen de onco-neuro eiwitten in de eierstokken, waardoor de tumoren meestal in grootte afnemen. De Purkinje cellen hebben echter ook expressie van dit eiwit en worden hierdoor ook aangetast. Hierdoor kan schade aan het zenuwstelsel een ongewenst gevolg zijn van de immuunrespons.

Een ander voorbeeld is allogene stamceltransplantatie bij leukemiepatiënten, waarbij de stamcellen uit het bloed van een donor komen en niet uit bloed van de patiënt zelf. De donorcellen kunnen de eventueel nog aanwezige leukemiecellen opruimen (Graft versus Leukemia), maar ze kunnen ook de gezonde cellen van de patiënt aanvallen (Graft versus Host Disease). Tegenwoordig worden daarom vaak T-cellen van de patiënt zelf geïsoleerd, geselecteerd en vervolgens weer terug ingebracht (autologe stamceltransplantatie).

Baarmoederhalskanker wordt veroorzaakt door het HPV-virus. Wanneer dit virus zich in het genoom van de gastheer inbouwt, verliest het één van zijn genen (E2, zie figuur 2). Dit heeft zeer hoge expressie van E6 en E7 tot gevolg. Deze eiwitten kunnen binden aan tumorsuppressor eiwitten p53 en Rb in de gastheercel, wat als gevolg heeft dat de kans op tumoren vergroot wordt. De meeste tumor-specifieke antigen komen voort uit virale infecties zoals die met het HPV-virus.

migratie van antigeen presenterende cellen (APC’s) en stimulatie van CD4+ en CD8+ Tcellen zijn belangrijk. De T-cellen moeten vervolgens migreren naar de tumorcellen en deze herkennen en vernietigen. Aan al deze condities wordt echter niet altijd voldaan. De cellen van het immuunsysteem zijn in sommige gevallen bijvoorbeeld wel aanwezig, maar zijn ignorant. Dit houdt in dat ze de tumorcellen niet kunnen herkennen door bijvoorbeeld fysieke barrières en hierdoor geen cellulaire respons starten (geen danger signals). Ook kunnen de T-cellen indifferent zijn. Ze kunnen de tumor dan wel herkennen, maar worden lokaal onderdrukt door aanwezigheid van Treg-cellen. Een lage CD8/Treg-ratio gaat meestal gepaard met een lage overlevingskans. Zowel ignorance als indifference van T-cellen geven de tumor de kans om het imuunsysteem te ontsnappen (figuur 1). Soms doen tumorcellen dit zelfs actief door zelf te veranderen of de expressie van MHC I te verlagen, waardoor antigenen niet meer herkend kunnen worden door CD8+ T-cellen.

Er zijn drie mogelijke scenario’s wanneer een immuunrespons wordt ingezet tegen een tumor. In het meest gunstige geval kunnen de tumorcellen geheel geëlimineerd worden door de aanwezige immuuncellen. In andere gevallen treedt een evenwicht op waarbij immuuncellen de tumor proberen te bestrijden, terwijl de tumor zelf veranderingen ondergaat. Er vindt tijdens deze fase vaak selectie plaats van tumorcellen die door genetische instabiliteit kunnen ontsnappen aan de effecten van T-cellen. Als dit succesvol is, kan dit zelfs leiden tot escape van de tumor aan de immuunrespons. dit is samengevat weergegeven in figuur 3

Via twee typen immunotherapeutische therapiën kunnen we ons beschermen tegen bepaalde, met name door virussen veroorzaakte, tumoren:

-> Passieve therapiën berusten op beenmergtransplantaties en vaccinatie met tumor-specifieke antilichamen van een donor of kunstmatig geproduceerde antlichamen. Het lichaam kan zelf geen effectorcellen maken na passieve therapie.

-> Actieve therapieën stimuleren het eigen immuunsysteem. Voorbeelden worden besproken in de paragrafen hierna. Checkpoint antilichamen verwijderen bijvoorbeeld de remming/suppressie door bijvoorbeeld Treg-cellen van de afweerreactie van de patiënt, waardoor de tumorspecifieke

T-cellen nu zonder remming de tumor kunnen vernietigen. Dit is alleen mogelijk als patiënten van zichzelf al een immuunrespons tegen de tumor opwekken. Als ze in eerste instantie al geen T-cellen hadden aangemaakt heeft deze techniek geen zin. Transfer van tumor-specifieke T-cellen van de patiënt zelf is een andere manier van actief bestrijden van tumoren. Buiten het lichaam worden tumor-specifieke T-cellen geselecteerd en gemultipliceerd, waarna ze worden ingebracht in de patiënt (figuur 4).

Een andere manier waarop de tumor-specifieke T-cellen kunnen worden geselecteerd is door een kleine hoeveelheid tumorweefsel af te nemen en deze samen met bepaalde lymphocyten te kweken in co-cultures (figuur 5). Met bepaalde essays kan vervolgens een cultuur met T-cellen teruggeplaats worden.

Vaccinatie tegen bepaalde tumoren is ook mogelijk. Er kan hierbij gekozen worden uit een groot scala aan mogelijkheden. Mogelijkheden liggen van injectie van peptiden tot injectie van gemodificeerde tumor cellen. Over het algemeen is het echter makkelijker om kleine moleculen te injecteren. Bij immunotherapie met Synthetic Long Peptides wordt bijvoorbeeld een antigen in kleine peptiden geknipt, welke vervolgens geïnjecteerd kunnen worden in de patiënt. Een aantal van deze peptide fragmenten kunnen het gewenste epitoop bevatten voor T-cellen om aan te binden. Figuur 6 geeft het principe weer.

Immuunresponses tegen tumoren zijn dus mogelijk en kunnen worden ingezet tegen tumour-specifieke (TSA) of tumour-geassocieerde (TAA) antigenen. Er zijn meerdere toekomstige mogelijkheden voor therapieën aanwe

Huntington’s Disease (HD, ook bekend als Huntington’s Chorea of St. Vitus Dance) is een autosomaal dominant overervende neurodegeneratieve ziekte. HD-patiënten overlijden uiteindelijk als gevolg van het krimpen van de hersenen, doordat neuronen in apoptose gaan en niet vervangen worden. Ongeveer 4 tot 10 op de 100.000 mensen is HD-patiënt. Symptomen van de ziekte zijn onder andere:

• Ongecoördineerde bewegingen,
• Verstandelijke handicap,
• Emotionele stoornissen.
• Genetische achtergrond

Het gen verantwoordelijk voor HD codeert voor huntingtin-eiwit, een eiwit van 350 kDa met een nog onbekende precieze functie. Muizen waarbij het HD-gen uitgeschakeld is (‘null mutants’), ontwikkelen geen brein en zijn dus niet levensvatbaar. Muizen waarbij het HD-gen vervangen is door het humane, gemuteerde gen (complementatie), zijn wel levensvatbaar en zullen uiteindelijk ook vergelijkbare symptomen vertonen als mensen met het gemuteerde gen. Huntingtin is dus essentieel in de ontwikkeling van de hersenen en er kan daarom geconcludeerd dat het gemuteerde huntingtin deze functie niet heeft verloren (HD-patiënten zouden niet levensvatbaar zijn als het gemuteerde huntingtin zijn functie in neurogenese niet meer zou kunnen uitvoeren).

Het HD-gen ligt op chromosoom 4 en wordt gekenmerkt door een N-terminale CAG-repeat (coderend voor een polyglutamine staart, vaak afgekort als PolyQ). De PolyQ-staart heeft de eigenschap om β- sheets te vormen. Gewoonlijk varieert het aantal CAG-repeats in het DNA tussen de 6 en 35, maar bij HD-patiënten ligt dit aantal tussen de 40 en 121. De lengte van de repeat is omgekeerd evenredig met de onset van de ziekte: hoe langer de repeat, hoe eerder de ziekteverschijnselen zullen ontstaan. Het is uitsluitend de lengte van de repeat die bepalend is voor de ziekte, het gen zelf blijft intact. De mutatie ontstaat door de instabiliteit van de CAG-repeat in het DNA. Instabiliteit is een algemene eigenschap van nucleotide-repeats in het DNA, dit geldt dus niet alleen specifiek voor de CAG-repeat in het gen voor huntingtin. De mutatie ontstaat tijdens de replicatie van het DNA door stotteren van de replicatie-enzymen. DNA is een dynamisch molecuul en er bestaat een evenwicht tussen de gesloten en open fase van het DNA. Tijdens de DNA-replicatie kan het DNA dus spontaan tijdelijk overgaan in zijn open fase (figuur 1). Wanneer het DNA weer terugkeert naar zijn gesloten fase, zal het in veel gevallen weer netjes de juiste baseparing maken (figuur 1, bovenste pathway). In sommige gevallen worden echter een aantal CAG-repeats overgeslagen (figuur 1, onderste pathway). Als de replicatie dan gewoon doorgaat, zullen dus extra repeats in het nieuwe DNA ingebouwd worden. Als deze replicatiefout in de geslachtscellen plaatsvindt, kan dit leiden tot HD bij de nakomeling (als het totaal aantal repeats hierdoor groter wordt dan 40). Het mechanisme kan natuurlijk ook precies omgekeerd

plaatsvinden, wat tot een te klein aantal repeats kan leiden (figuur 1, middelse pathway). Deze mutatie is echter niet terug te zien in het fenotype. Figuur 1: Mechanisme voor het langer worden van de CAG-repeat tijdens de replicatie bij HD-patiënten.

Grijs DNA is het originele DNA (alleen de leading strand is weergegeven), blauw is het nieuw gesynthetiseerde DNA. De bovenste pathway geeft de normale replicatie weer, de onderste pathway de replicatie waarbij de CAG-repeat verkeerd terugkeerd naar de gesloten toestand van het DNA (zie tekst voor details). De middelse pathway laat zien dat er ook te weinig repeats ingebouwd kunnen worden. De DNA-loops worden extra gestabiliseerd door C-G basenparing. De replicatie-eiwitten zijn niet weergegeven.

Mechanisme: vorming van NI’s

Als gevolg van de mutatie wordt huntingtin in HD-patiënten naar de kern getransporteerd, terwijl het eiwit bij gezonde personen in het cytoplasma blijft. Hier kunnen aggregaten van huntingtin ontstaan (nuclear inclusions, NI’s), welke apoptose als gevolg hebben. Er is dus sprake van een ‘gain of function’-mutatie. De aggregaten ontstaan doordat de β-strands van de polyQ-staarten interacties met elkaar aan kunnen gaan. Hierbij worden anti-parallelle β-sheets gevormd, die gestabiliseerd worden door waterstofbruggen. Wanneer de polyQ-staarten meer dan 40 repeats hebben, worden deze interacties tussen β-strands sterk genoeg voor aggregatie. In gezonde personen zijn de polyQstaarten te kort, waardoor de de β-strands geen stabiele interacties met elkaar kunnen aangaan.

Dit verklaart ook waarom de ziekte dominant overerft: in heterozygote patiënten is zowel de gezonde als gemuteerde variant van huntingtin aanwezig, maar 50% van het huntingtin van die patiënt slaat altijd neer in de kern. Om deze reden worden ~99% van alle dominant overervende ziektes veroorzaakt door ‘gain of function’-mutaties.

Andere eiwitten met β-sheets kunnen ook ingevangen worden door de huntingtin-aggregaten, waardoor ze hun functie niet meer kunnen uitvoeren. Een voorbeeld is ataxin-3, wat ook een polyQstaart bevat (figuur 2). Mogelijk is het wegvangen van essentiële eiwitten (mede-)verantwoordelijk voor het in apoptose gaan van de neuronen.

Mechanisme: betrokkenheid van het proteasoom en caspases

Het gemuteerde huntingtin wordt door ubiquitine getagd voor afbraak door het proteasoom volgens het bekende mechanisme (The Cell, pagina 391-394). Deze afbraak is echter niet succesvol en kan in plaats daarvan leiden tot rekrutering van andere polyQ-bevattende eiwitten (figuur 2). Via een nog onbekend mechanisme heeft de vorming van gemuteerd huntingtin ook activatie van caspases tot gevolg, een groep van proteases die actief wordt wanneer cellen in apoptose gaan. Activatie van caspases heeft mogelijk als gevolg dat andere apoptotische pathways geselectederd worden, waardoor de neuronen uiteindelijk in apoptose gaan.

HD vanuit een klinisch perspectief

Vanuit een therapeutisch oogpunt is het interessant om specifiek het gemuteerde huntingtin op te kunnen ruimen uit de cel. Mogelijk kunnen een aantal post-translationele modificaties hierbij een belangrijke rol in spelen. Het is gebleken dat fosforylering van Ser13 en Ser16 de ziekteverschijnselen konden voorkomen in het muismodel van HD. Het vervangen van de serines door het negatief geladen aminozuur aspartaat had een vergelijkbaar effect (beide methoden brengen negatieve lading aan in het N-terminale uiteinde van het huntingtin). Bij muizen waarbij het serine in het gemuteerde huntingtin was vervangen door alanine (wat geen OH-groep bevat in de zijketen en dus niet gefosforyleerd kan worden) werden wel HD-symptomen geconstateerd. De aanwezigheid van een fosfaatgroep of andere negatieve lading blijkt dus belangrijk te zijn voor het opruimen van het eiwit. Bij het gemuteerde eiwit gaat deze fosforylering echter inefficiënter dan bij het wild-type.

Het is mogelijk dat de aanwezigheid van negatieve groepen op de serines het aanbrengen van andere post-translationele modificaties kan induceren, waaronder ook acetylering van Lys9 en Lys444 van het huntingtin. Deze acetylering is direct gelinkt aan de afbraak van huntingtin via autofagie (figuur 3). Normaal is dit de pathway waarmee organellen afgebroken worden, maar ook de afbraak van huntingtin gaat mogelijk (gedeeltelijk) via deze pathway. Het geacetyleerde huntingtin wordt waarschijnlijk getagd met SUMO, een eiwitje wat lijkt op ubiquitine, om vervolgens afgebroken te worden in de autofagie pathway.

Kinases die mogelijk specifiek het (gemuteerde) huntingtin kunnen kineren zijn mogelijke nieuwe targets voor behandeling van HD. Andere polyglutamine diseases

Alle CAG-repeats in het genoom zijn instabiel en elk van deze repeats kan dus ook verlengd worden volgens het mechanisme uit figuur 1. Alle in frame CAG-repeats zullen coderen voor een polyQ-staart en alle polyQ-staarten vormen β-sheets. Het is dus niet verwonderlijk dat er een aantal andere ziektes zijn die ook veroorzaakt worden door instabiliteit van CAG-repeats in het DNA. Deze ziektes worden ook wel aangeduid met de term ‘polyglutamine diseases’. Een aantal van deze ziektes zijn spinobulbar muscular atrophy (SBMA), spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1), SCA2, SCA3, SCA6, SCA7, SCA12 en SCA17. In deze laatste ziekte is de polyQ-staart van het TATA-binding protein verlengd, een algemene transcriptie initiatiefactor. Ook SCA17 wordt gekenmerkt door vorming van NI’s in de kernen van neuronen.