Oratie Prof.dr. D.J.M. Peters

17 april 2015

Het belang van de context


Rede uitgesproken door P rof.dr. D.J.M.G. Peters op 17 april 2015 bij de aanvaarding van het ambt van hoogleraar in de Humane Genetica, in het bijzonder de moleculaire en functionele genetica van cystenieren,  aan de Faculteit der Geneeskunde van de Universiteit Leiden


Mevrouw de Rector Magnificus, zeer gewaardeerde toehoorders,  

Het belang van de context   

Als bioloog ben ik gefascineerd door moleculaire mechanismen en steeds valt weer op hoe groot het belang is van de context. Het belang van de omgeving en de samenhang van omstandigheden waarin processen zich voordoen. De biologische context, op vele niveaus.

In deze openbare les zal ik voorbeelden geven hoe ‘de context’ van invloed is op ‘de kans’ dat een ziekteproces zich ontwikkelt en de ernst van de ziekteverschijnselen.  Zo hoop ik het thema van mijn leerstoel “Humane Genetica, in het bijzonder de Moleculaire en Functionele genetica van cystenieren” te verduidelijken. Dit zal ik doen met voorbeelden uit mijn eigen onderzoek, dat veelal in ‘de context’ van een multidisciplinaire aanpak wordt uitgevoerd, om zo de kansen te vergroten om sneller tot nieuwe inzichten te komen.

Wat zijn nu eigenlijk cystenieren?
Ik zal beginnen met u uit te leggen wat cystenieren zijn, maar om dat te doen  wil ik  eerst wat vertellen over de nieren.  Nieren hebben een belangrijke functie in het filteren van het bloed, met name het verwijderen van metabole afvalproducten. Daarnaast  regelen nieren de bloeddruk en de samenstelling van het bloed m.b.t elektrolyten en zuur/base huishouding. Het filtreren gebeurt via de nefronen, deze bestaan uit een kleine kluwe bloedvaatjes waar het bloed wordt gefilterd, gekoppeld aan een nierbuisje, dat het filtraat opvangt en waar de voorurine weer wordt geconcentreerd, de nuttige stoffen worden geresorbeerd, en de afvalstoffen worden uitgescheiden. De menselijke nier bevat ongeveer 1 miljoen nefronen, tezamen filtreren die per dag ongeveer 180 liter voorurine, terwijl dat uiteindelijk tot zo’n 2 liter urine wordt terug gebracht.

In patiënt met Cystenieren hebben zich een groot aantal vochtblazen, de cysten, in de nieren gevormd. Deze ontstaan in de nierbuisjes.

In de wand van de buisjes neemt op een bepaald moment het aantal cellen toe. Het buisje zal in eerste instantie verwijden, maar wanneer door een obstructie het nierbuisje verstopt raakt ontstaat de cyste, welke uiteindelijk los komt van het buisje. De cyste kan dan nog steeds groeien, door celdeling maar ook door trans epitheliaal vloeistoftransport. In de loop van de Jaren nemen deze cysten in aantal en in grootte toe; ze kunnen wel zo groot worden als een pingpong bal. Uiteindelijk ontstaan er duizenden cysten en het mag duidelijk zijn, dat de nieren dan ook sterk in grootte en in gewicht kunnen toenemen. Door de cystevorming, tezamen met het in de verdrukking brengen van het omliggende gezonde nierweefsel en ook nog eens de vorming van veel littekenweefsel, gaat de nierfunctie achteruit1.

Gemiddeld zijn bij patiënten van een jaar of 20 een aantal cysten duidelijk waarneembaar op een echo en treedt nierfalen op rond het 55ste levensjaar. Vanaf dat moment is een patiënt afhankelijk van nierfunctie vervangende therapie, dus van nierdialyse of transplantatie.

Dit scenario heeft  met name betrekking op de grootste groep patiënten met Cystenieren, waarvoor de Engelse term luidt Polycystic Kidney Disease, - PKD-  oftewel  PKD op zijn Nederlands.

En om dan nog preciezer te zijn de autosomaal dominant overervende vorm. Deze vorm komt veruit het meest voor. Met een prevalentie van 1 op 1000 is het de meest voorkomende erfelijke nierziekte en een belangrijke oorzaak van nierfalen. Deze patiënten dragen meestal een mutatie in het PKD1 of in het PKD2 gen. Ik zal hier voornamelijk verder op ingaan.

Maar toch wil ik u eerst duidelijk maken dat het ontstaan van cysten in de nieren in principe een vrij véél voorkomend fenomeen is. Velen van u zullen in de loop van het leven een enkele niercyste ontwikkelen, maar daar hoeft u zich geen zorgen over te maken, er blijft nog ruim voldoende functioneel nierweefsel over.

Verder is er een groot aantal aandoeningen waarbij er cysten in de nieren kunnen ontstaan.  Dit kan het gevolg zijn van een stoornis in de aanleg van de nieren, maar vaak zijn het erfelijke syndromen waarbij naast andere verschijnselen ook cysten in de nieren kunnen voorkomen. Zoals de combinatie met Diabetes, in het Renale cysten en diabetes-syndroom,  of de combinatie met erfelijke nierkanker in de ziekte van Von Hippel Lindau. Een andere belangrijke groep zijn de zogeheten ciliopathieën, aandoeningen met een defect in het primair cilium. Het primair cilium is een klein haarvormig structuurtje, een soort antennetje dat uit de cel steekt; één antennetje per cel. U moet zich voorstellen dat de cilia van de cellen die de nierbuisjes bekleden in het lumen van de buisjes steken. Voorbeelden van zulke aandoeningen zijn nefronoftisis, maar ook het syndroom van Bardet Beadle wat tevens wordt gekenmerkt door obesitas2.

Overigens wordt ook Polycystic Kidney Disease wel tot de ciliopathieën gerekend omdat de betrokken eiwitten o.a. in het primair cilium lokaliseren. Ze lijken daar een rol spelen bij het waarnemen en het reageren op vloeistofstromen in de nierbuisjes3.

Behandeling
Bij de behandeling van cystenieren patiënten richt men zich voornamelijk op de behandeling van symptomen en complicaties, zoals o.a. hoge bloeddruk, chronische pijnklachten, en blaas en urineweg infecties.

Ons onderzoek is er vooral opgericht om meer inzicht te krijgen in het ontstaan van cystenieren en het vinden van aangrijpingspunten voor nieuwe therapieën, met als doel de vorming en de groei van cysten en de daarmee gepaard gaande veranderingen in het nierweefsel, af te remmen en verlies van nierfunctie te voorkomen, of ten minste te vertragen.

Vraagstellingen
We willen dus een antwoord vinden op vragen zoals welke moleculaire mechanismen spelen een rol bij het ontstaan van cysten? En welke bij de progressie van ziekte? Kunnen we moleculaire aangrijpingspunten vinden voor therapieën?

Kunnen we factoren vinden die de veranderingen in het omliggende weefsel, zoals fibrose kunnen vertragen?

Waarom verloopt het ziekteproces bij de ene patiënt sneller dan bij de andere patiënt? Welke factoren zijn van invloed? Zijn er modificerende genen?
Maar ook: kunnen we in bloed of urine biomarkers identificeren zoals bijv. eiwitten of metabolieten, die het ziektebeloop kunnen monitoren, of, heel belangrijk, die kunnen voorspellen welke patiënt, wanneer in aanmerking komt voor een therapie.

Met moleculair en functioneel onderzoek willen we proberen die vragen te beantwoorden.

Humane Genetica
Het Leidse cystenierenonderzoek is al in 1984 gestart door Martijn Breuning, die zeer actief een groot aantal uitgebreide veelal goed gekarakteriseerde families verzamelde,  het eerste Europese netwerk oprichtte en half Europa leerde hoe ze genetisch onderzoek moesten doen voor PKD. Het was het tijdperk van de jacht op ziektegenen, waaronder de PKD genen en toen ik in 1991 als post-doc begon, ging ik mee op jacht. We waren succesvol, in ‘ de context’ van samenwerkingsverbanden waren we betrokken bij de identificatie van zowel het PKD1 als het PKD2 gen4;5. Daarnaast droegen onze families in belangrijke mate bij aan het inzicht dat PKD2-patiënten een milder ziekte beloop hebben dan PKD1-patienten, maar bijvoorbeeld ook aan een verbeterde classificatie voor diagnostiek d.m.v. echografie6;7.

Wat is een gen?
Maar goed, wat is een gen? Een gen is een afgebakend gebiedje in het DNA dat veelal codeert voor een eiwit. Het menselijk DNA, het humane genoom, bevat ongeveer 21.000 voor eiwitten coderende genen. Omdat eiwitten de bouwstenen zijn van het leven,  herbergt het DNA dus in feite de informatie die nodig is om de vele cellen waaruit de mens is opgebouwd te instrueren en te organiseren. Het mag duidelijk zijn, in elke cel van ons lichaam is maar een deel van de genen actief; In een huidcel zijn deels andere genen actief en worden dus andere eiwitten geproduceerd, dan in cellen van de nierbuisjes.

Soms gaat er tijdens celdeling wat verkeerd bij het kopiëren van het DNA. Wanneer dit niet goed wordt gerepareerd ontstaat er een verandering in het DNA, oftewel een mutatie. Doet dit proces zich voor tijdens het maken van geslachtscellen dan zal deze verandering aanwezig zijn in al de lichaamscellen van het individu dat uit die geslachtscel ontstaat en is er een grote kans dat deze mutatie zal overerven naar de volgende generatie. Dat kan vele generaties door gaan.

Afhankelijk van de plaats in het DNA waar de verandering is opgetreden en afhankelijk van de aard van de verandering kan dit leiden tot de overerving van een erfelijke ziekte. Zo kunnen veranderingen in Het PKD1 of PKD2 gen dus leiden tot cystenieren.

Het merendeel van de cystenieren patiënten is al bekend met ziekte in de familie, vaak al vele generaties. We hebben dan ook een aantal hele uitgebreide stambomen van PKD-families.

Echter, zo’n 10 % van de patiënten draagt een nieuwe mutatie; zij hebben dus geen familiehistorie en worden geheel onverwacht met deze ziekte geconfronteerd8. Zij zijn in feite het begin van de stamboom van een nieuwe PKD-familie.

DNA diagnostiek
Inmiddels is de DNA-diagnostiek van het PKD1 en PKD2 gen, en een aantal ander cystenieren veroorzakende genen, al weer vele jaren in het laboratorium voor DNA-diagnostiek van het LUMC geïmplementeerd, onder supervisie van Monique Losekoot. Door de jaren heen zijn zo’n kleine 2000 moleculaire diagnoses gesteld en zijn vele verschillende mutaties zijn inmiddels vastgesteld, want het is duidelijk dat vrijwel iedere familie een andere mutatie draagt.

Overigens is de DNA-analyse van het PKD1-gen, met maar liefst 6 slechte kopieën elders op het chromosoom, een extra ingewikkelde klus omdat we zeker moeten zijn dat we naar een verandering in het PKD1 gen kijken en niet naar de sequentie van zo’n slechte kopie.  Maar daar zijn oplossingen voor9. Dat neemt niet weg dat we natuurlijk blijven zoeken naar het vereenvoudigen van de diagnostiek. Ik zou haast zeggen, zeker in de context van de afdelingen Humane en Klinische Genetica waar de technologische ontwikkelingen nauw op de voet worden gevolgd.

Een van die nieuwe sequencers kan veel langere DNA fragmenten analyseren, dan tot nu toe mogelijk was. Experimenten uitgevoerd samen met het Leiden Genome technology centrum onder leiding van collega den Dunnen en Yahya  Anvar, hebben tot mijn genoegen veelbelovende resultaten opgeleverd. We hopen dit op korte termijn verder uit te werken tot een versnelde, vereenvoudigde en kosten effectieve nieuwe vorm van DNA diagnostiek.

Cystenieren is meer dan een nierziekte
Cystenieren is meer dan een nierziekte. Cysten in de nieren mogen dan wel het belangrijkste karakteristiek zijn. Echter, het is een systemische ziekte, waarbij naast cysten in de nieren bijvoorbeeld ook cysten in de lever veelvuldig voorkomen. Dat kan variëren van een aantal cysten tot een volledig cysteuse lever. Ook hier is het buizenstelsel, in dit geval de galgangetjes, de plaats waar de cysten ontstaan. Verder hebben patiënten meestal een verhoogde bloeddruk, vaak hartklep afwijkingen  en er is een verhoogde kans op het ontstaan van zwakke plekken in de hersenvaten, zogeheten cerebrale aneurysmata, welke soms tot een hersenbloeding kunnen leiden. En hoewel een deel van deze ziekte manifestaties ook samenhangt met het verlies van nierfunctie, is het in de loop van de jaren duidelijk geworden dat de PKD-eiwitten ook actief zijn in het cardiovasculair system. In samenwerking met Eric Honoré in Nice hebben we bijvoorbeeld aangetoond dat in de gladde spiercellen in bloedvatwand, de PKD–eiwitten mechanische stretch kanalen controleren die betrokken zijn bij het samentrekken van de weerstandsvaten10. Maar ook in endotheelcellen hebben de PKD-eiwitten een functie. Daar zijn ze betrokken bij het verwerken van shear stress, een soort reactie op de bloedstroom, zoals enige jaren geleden is aangetoond door een Amerikaanse onderzoeker11. Daarbij speelt het eerder genoemde primaire cilium onder andere een rol.

Het feit dat niet bij alle PKD-patiënten cerebrale aneurysmata ontstaan, maar patiënten een ongeveer 3 keer verhoogde kans hebben, suggereert dat meerdere factoren een rol spelen. Waarschijnlijk ook genetische factoren. Zo is de kans  nog weer hoger, rond de 20%,  voor patiënten uit families al bekend met aneurysmata12;13. In het licht hiervan is waard te vermelden dat één van onze muismodellen dissecterende aneurysmata in de aorta ontwikkelde, maar dan wel afhankelijk van de genetische achtergrond  van de muis, zoals bleek uit onderzoek uitgevoerd in samenwerking met collega Marco de Ruiter14.

Kort gezegd, de genetische context is van belang voor het tot uiting komen van deze vaatafwijkingen.

Dat geldt natuurlijk niet alleen voor de vaatafwijkingen. Dat geldt voor de hele aandoening. Waarom hebben sommige patiënten een heel mild en andere een progressief beloop van de nierziekte terwijl ze een zelfde type mutatie dragen?

Om de genen te identificeren die van invloed zijn op het ziekte proces, de zogenaamde modificerende genen, zijn grootschalige studies nodig met veel goed gekarakteriseerde patiënten. In het kader van het door de Nierstichting gefinancierd DIPAK consortium, wordt in samenwerking met de nefrologische centra hier in Leiden, Groningen, Nijmegen en Rotterdam een groot patiënten cohort verzameld, zowel voor een interventiestudie als voor een observationele studie. Ik kom daar straks nog op terug maar met deze cohorten elk zo’n 300 patiënten zullen we een zeer substantiële bijdrage leveren aan het door Peter Harris van de Mayo clinic in Rochester, gecoördineerde NIH consortium voor het identificeren van modificerende genen.

Overigens, zal het me niet verbazen als uiteindelijk blijkt dat de grootste bijdrage zal worden geleverd door additionele, milde mutaties in de PKD-genen zelf.

De PKD-eiwitten
De PKD-genen coderen dus voor eiwitten. Het PKD2–eiwit (polycystine-2) is een kanaaltje dat onder andere in de celmembraan lokaliseert, dus een soort toegangspoortje in de wand van de cel, dat o.a. Ca2+ ionen doorlaat; dat zijn hele  belangrijk signaleringsmoleculen,  boodschappermoleculen in cellen. Het PKD1-eiwit (polycystine-1) zit ook in de celmembraan lijkt een beetje op een receptor met een deel buiten de cel, waar het mogelijk andere eiwitten kan binden, al weten we niet precies wat, en een deel  binnen de cel, waar het diverse signaaloverdracht routes kan activeren, o.a. door contact te maken met het PKD2-kanaal. Vanuit verschillende posities in de celmembraan moduleren de PKD-eiwitten signaaloverdracht in de cellen15. Dat is noodzakelijk om er voor te zorgen dat het nierepitheel netjes differentieert tijdens de nierontwikkeling, maar ook om de differentiatie in stand te houden tijdens de normale weefselhomeostase en bij schade/herstelprocessen, dus tijdens regeneratie van het nierweefsel na beschadiging16. Kortweg, de PKD-eiwitten spelen dus een rol bij het ontwikkelen en in stand houden van de nierbuisjes.

Hoe ontstaat nu eigenlijk een cyste?
Hoe ontstaat nu eigenlijk een cyste? We weten dan wel dat de PKD-genen daar een cruciale rol in spelen, maar cysten ontstaan in een minderheid van nefronen, namelijk maar in 1%, terwijl alle cellen een defect PKD1-gen hebben, wanneer ik een patiënt met een PKD1 mutatie als voorbeeld neem; er is dus meer nodig om cyste-vorming te  induceren.  Nu hebben we van alle genen 2 exemplaren, dus in het geval van de PKD1-patient, hebben in basis alle cellen één defect exemplaar van het PKD1-gen en één functioneel exemplaar. Uit onderzoek is gebleken dat wanneer nu ook dat functionele exemplaar defect raakt, cysten kunnen ontstaan, het PKD1-gen is dan in die specifieke nierepitheelcellen uitgeschakeld, we noemen dat een zogeheten ‘second hit’ mutatie17.

Het is in feite te vergelijken met een 2-motorig vliegtuig: wanneer er 1 motor uitgeschakeld raakt dan kan het nog rustig doorvliegen. Echter wanneer ook de 2e motor defect raakt, of ernstig begint te haperen ontstaat er pas een serieus probleem.

Deze  second hit mutaties in het cyste-epitheel zijn al in 1996 aangetoond door de Amerikaanse onderzoeksgroep van Greg Germino17. Maar het verschijnsel van dergelijke mutaties is al veel langer bekend vanuit de oncologie: want kanker is het resultaat van het accumuleren van een aantal mutaties in het DNA van een cel.

In de nieren treden veel somatische mutaties op;  Naar schatting kan per 10.000 niercellen een niet-gerepareerde mutatie worden gevonden, en het aantal neemt toe met de leeftijd18;19. Oftewel u en ik hebben ongetwijfeld duizenden niercellen waarin mutaties in het DNA voorkomen - op onbelangrijke plekken - die niet terug te vinden zijn in het DNA van onze bloedcellen. Het concentreren en eventueel metaboliseren van potentieel schadelijke stoffen door de nieren, zal ongetwijfeld een rol spelen bij het ontstaan van mutaties in de niercellen.

Het belang van de context
Maar, we zijn er dan nog niet. Er is nog meer nodig voor het ontwikkelen van een cyste. Het is duidelijk dat ook nog eens de context van het nierweefsel waarin het gen wordt uitgeschakeld een belangrijke rol speelt bij cystevorming en cystegroei.

Zo is er een kleine groep patiënten die bij de geboorte al duidelijke cysten in de nieren hebben. In deze patiënten is cystegroei ongeveer 50 x sneller verlopen dan in de gemiddelde volwassen patiënt, zo is beschreven door Jared Grantham in 201020. Een zelfde observatie deden we ook in onze muismodellen:  wanneer we het Pkd1-gen net na de geboorte uitschakelen zien we binnen een 3 a 4 weken grote cysten terwijl gen uitschakeling in een volwassen muis na 3 maanden maar milde verwijdingen laat zien.  Het is waarschijnlijk dat groeibevorderende omstandigheden tijdens de ontwikkeling ook de cystegroei versnellen16;21.

Maar het meest illustratieve voorbeeld zijn de recent gepubliceerde experimenten uitgevoerd door Wouter Leonhard, getalenteerd onderzoeker in ons lab. Nadat hij in muizen het PKD1-gen specifiek in een klein percentage nierepitheelcellen uitschakelde, zagen we na 6 maanden nog geheel geen veranderingen in de nieren.  Er zijn dus nog meer factoren nodig dan alleen maar het uitschakelen van het gen.  Nog weer eens 4 maanden later, echter, zaten de nieren vol met cysten, die duidelijk in clusters ontstonden22.

Wanneer er dus eenmaal een cyste is ontstaan blijken de mechanische druk en/of stoffen die door de cyste worden uitgescheiden een omgeving te creëren waarin  in naburige nefronen gemakkelijk weer nieuwe cysten ontstaan. Dit proces werd ook nog weer eens licht versneld door nierschade. In de experimentele context van de muismodellen hebben we dat het ‘cystic snowball effect genoemd’. In hoeverre dit 1 op 1 is door te trekken naar de patiënt is niet helemaal duidelijk maar het geeft in ieder geval aan dat wanneer het gen wordt uitgeschakeld nabij een cyste er een grote kans is op snelle cystegroei. Welke stoffen dit proces beïnvloeden willen we in de toekomst graag onderzoeken. Onze muismodellen  zijn daar uitermate geschikt voor.

Kortom, er zijn dus veel factoren betrokken bij het ontstaan van de cyste. In de loop van de jaren nemen voor al die factoren de kansen toe, waarbij het waarschijnlijk is dat naast de geërfde mutatie in het PKD1- of PKD2-gen, de second hit mutatie de grootste stap is.

Wat is nu de rol van de PKD eiwitten?
Wat is nu de rol van de PKD eiwitten? In de bekleding van de nierbuisjes, in de nierepitheelcellen, is een zeer complex netwerk van signaaloverdracht actief, bestaande uit heel veel wegen waarlangs signalen worden doorgegeven23. Zo’n signaaltransductieweg wordt vaak vergeleken met een estafette. Bijvoorbeeld beginnend bij een hormoon dat aan de buitenkant van de cel een receptor bindt, een soort schakelaar die vervolgens binnen in de cel een volgend eiwit activeert. Zo volgt er een estafette van eiwitten die elkaar activeren en waarbij een signaal door de cel wordt geleid naar de plek waar dat nodig is, bijvoorbeeld om te zorgen dat in de kern van de cel de genen worden geactiveerd die nodig zijn voor celdeling. Een aantal van u weten dat ik wanneer ik dat complexe signaleringsnetwerk in het nier- en cyste-epitheel op een dia toon, ik daar graag éven de metrokaart van Parijs overheen projecteer, het verschil is bijna niet te zien….

De PKD-eiwitten moduleren de activiteit van dit netwerk, zo zijn ze dus betrokken bij de aansturing en de ‘fine-tuning’ ervan.  Juist in die situaties wanneer dit netwerk onder druk komt te staan en het optimaal moet functioneren, neemt de kans toe dat het uit balans raakt en dat er cysten ontstaan, vooral dus wanneer de PKD-eiwitten ontbreken. En als dit netwerk dan verstoord raakt…,  dan gaat het van kwaad tot erger.

In deze is een vergelijking met het Nederlandse spoorwegnetwerk dus eigenlijk wat gepaster….

Meer inzicht in juist die processen die een belangrijke rol spelen bij de overgang van het normaal functioneren van het netwerk en het ontstaan van cysten, zouden mooie aangrijpingspunten voor therapie kunnen opleveren.

Therapie
Waarom niet een therapie die direct aangrijpt op de PKD-genen zelf? zult u zich misschien afvragen. Ik zal ze niet noemen maar ik heb een aantal argumenten waarom ik denk dat op dit moment de tijd niet rijp is om in te grijpen op het niveau van de PKD-genen of hun producten. Op dit moment liggen de beste kansen op het ingrijpen in het signaleringsnetwerk. En, gezien de  complexiteit van dit netwerk met feedback loops en interacties op meerdere niveaus zal waarschijnlijk een behandeling waarbij op meerdere plekken tegelijk in het netwerk wordt ingegrepen het beste effect hebben.

Onze zoektocht omvat verschillende strategieën
Onze zoektocht naar een therapie omvat verschillende strategieën:

  • Het gedetailleerd in kaart brengen van de moleculaire veranderingen in het nierweefsel, het selecteren van targets en vervolgens testen van therapieën
Daarnaast:
  • Het grootschalig testen van farmacologische stoffen  in celkweken
Maar ook:
  • Het testen en combineren van bekende medicijnen die nu in de kliniek worden getest.
Bij het in kaart brengen van de moleculaire veranderingen en voor het testen van therapieën  spelen de muismodellen een belangrijke rol, ze zijn daarnet al een paar keer genoemd.  Samen met Sjef Verbeek van de transgenese faciliteit, hebben we mutante muizen ontwikkeld die de ziekte zo goed mogelijk nabootsen, waaronder muizen waarin het Pkd1 gen specifiek in het epitheel van de nierbuisjes kan worden uitgeschakeld. Sterker nog, het gen wordt pas uitgeschakeld wanneer we de muizen met een bepaald stofje behandelen21. Dienen we het stofje bijvoorbeeld toe aan een volwassen muis dan kunnen we stap voor stap, vanaf het allereerste begin, het ontstaan van cysten op latere leeftijd onderzoeken. Terwijl we met behulp patiëntenweefsels voornamelijk de vergevorderde, vaak eind stadia van de nierpathologie kunnen onderzoeken.

We analyseren daarnaast ook in kweek gebrachte nierepitheelcellen, maar in proefdieren worden de cellen onderzocht in de context van een orgaan, en in de context van een levend organisme. De muizen zijn daarom onontbeerlijk en cruciaal voor moleculair en functioneel onderzoek en voor het testen van therapieën. Natuurlijk worden de experimenten altijd uitgevoerd na ethische toetsing en met respect voor dierenwelzijn, en blijven we zoeken naar alternatieven.

In een al vele jaren durende intensieve samenwerking met Emile de Heer en collega Bruijn van de afdeling Pathologie, zijn de muismodellen moleculair en histopathologisch gekarakteriseerd. Dat heeft bijgedragen aan de eerder genoemde inzichten in het ziektemechanisme en resulteerde in een groot aantal wetenschappelijke publicaties. Ook vormt het onder andere de basis van het door de Nierstichting gefinancierde OIO-project waarin Sandra Kunnen een paar sleutel-eiwitten  in dat ingewikkelde netwerk (YAP en TAZ), probeert te beïnvloeden zowel farmacologisch,- op eiwit niveau -,  als moleculair, op mRNA niveau m.b.v antisense oligonucleotiden;  waarbij voor dat laatste natuurlijk de expertise opgebouwd in onze afdeling door mijn voormalig afdelingshoofd Gert-Jan van Ommen en mijn collega Annemieke Aarstma-Rus, van stimulerende invloed is.

Functional Genomics
De meer breedschalige analyses, een zogeheten ‘functional genomics’  aanpak,  van muismodellen in combinatie met humane monsters en studies in gekweekte cellen, omvat onder andere diepgaande analyses van genetische activiteit m.b.v. zogenaamde “next-generation sequencing”. Hiermee wordt op grote schaal, en in parallel, de activiteit van een heleboel genen tegelijk bepaald. Het sequencen wordt uitgevoerd in samenwerking met Bart Jansen van  Service XS onder andere in het kader van een Europees Marie-Curie trainingsnetwerk.

Maar de data moeten natuurlijk ook worden geanalyseerd. Nu ondersteun ik van harte de gedachte van mijn collega’s bioinformatica en biosemantiek dat er veel meer data via het internet beschikbaar zijn dan we beseffen en gebruiken. Daarom wordt onder leiding van mijn collega Peter-Bram t’Hoen door de OIO Tareq Malas, bioinformatica en biosemantiek losgelaten op de genexpressie-data; om deze te analyseren, interpreteren en te integreren met gepubliceerde informatie uit de literatuur en biologische datasets.

Een interessante hypothese die we daarbij onder de loep nemen en moleculair wordt onderzocht door OIO Chiara Formica, is de gedachte dat de signaleringsroutes die geactiveerd zijn in cyste-epitheel sterk overeenkomen met signalering tijdens weefsel regeneratie, dus het reparatie-proces na nierschade. In feite verkeerd het cyste-epitheel in een continue staat van regeneratie. De informatie verkregen uit deze vergelijking zou zowel voor acute nierschade als voor cystenieren interessante inzichten kunnen geven voor therapeutisch ingrijpen.

Ik heb daarnaast hoge verwachtingen van de multidisciplinaire aanpak waarin we 3-Dimensionaal gekweekte cellen, die een soort cyste vormen, behandelen met een paar duizend ‘compounds’ en de verkregen resultaten koppelen aan de zojuist genoemde genexpressieprofielen, maar ook aan chemische en farmacologische data. In dit door STW gefinancierde project, spelen met name Leo Price, collega Bob van de Water en de OIO Tijmen Booij van het LACDR  een belangrijke rol evenals de chemico-informatica collega’s Peter Maas (SPECS) en Andreas Bender (Cambridge). Er zijn nog veel stappen te zetten maar ik verwacht zeker dat we interessante nieuwe  aangrijpingspunten voor therapie zullen vinden.

Het zou helemaal mooi zijn als we er ook nog in zouden slagen om geselecteerde medicijnen specifiek door de nieren te laten opnemen, zoals we met Robert-Jan Kok uit Utrecht onderzoeken.

Mechanische invloeden
Zoals al aangegeven, spelen de PKD-eiwitten onder andere een rol bij het detecteren van mechanische veranderingen, namelijk de respons op vloeistofstroom, waarschijnlijk via de functie in het primaire cilium ,  maar ook de response op mechanische stretch via een interactie met specifieke kanalen de zogeheten ‘stretch activated channels’. OIO Steven Kunnen onderzoekt daarom de cellulaire veranderingen onder invloed van vloeistof stroom en het strekken van cellen. Dit onderzoek uitgevoerd in samenwerking met Beerend Hierck en collega Peter ten Dijke (MCB) alhier, en Astrid Bakker en collega Klein-Nuland van de  VU, lijkt een interessante overlapte tonen tussen de signalering ten gevolge van vloeistofstroom en de  veranderde signalering tijdens cystevorming.

Translationeel onderzoek
In samenhang met al het fundamentele werk, hecht ik veel waarde aan het translationele deel van het onderzoek, de vertaling naar de kliniek. Voor het translationele aspect speelt het door de Nierstichting gefinancierde DIPAK-consortium een cruciale rol. DIPAK staat voor Developing Interventions to Halt Progression of Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease.

Het consortium, is een succesvol en waardevol samenwerkingsverband tussen 4 Universitaire Medische Centra, met collega de Fijter, hier in het LUMC, en de collega’s Gansevoort uit Groningen, Zietse uit Rotterdam,  en Drenth en Wetzels uit Nijmegen, met daaraan gekoppeld natuurlijk de vele betrokken medewerkers maar ook de interacties met perifere ziekenhuizen. Door samenwerking is het mogelijk om een aantal grote studies op te zetten en verschillende expertises te combineren. Heel belangrijk is de klinische studie, onder voortreffelijke aanvoering van collega Gansevoort, waarin het effect van de somatostatine analoog Lanreotide op het voorkomen van achteruitgang in nierfunctie, en op het remmen van de groei van de nieren en lever wordt onderzocht. Verder wordt van deze patiënten, evenals van de patiënten van een parallel lopende grote observationele studie, DNA verzameld voor genetisch onderzoek en worden  bloed en urine monsters verzameld om zo een Biobank te verkrijgen voor wetenschappelijk onderzoek. Een geweldige bron aan materiaal dat in parallel met proefdierenonderzoek gebruikt kan worden bijvoorbeeld voor het identificeren en valideren van biomarkers die de ziekteprogressie kunnen volgen en eventuele vroegtijdige effecten van een behandeling kunnen meten. Hier in het LUMC wordt daartoe een uitgebreide metabolomics en proteomics analyse uitgevoerd op monsters van patiënten en van proefdieren; de onderzoeksonderwerpen  van de DIPAK nefroloog Darius Soonawala  en post-doc Hester Happé, natuurlijk in samenwerking met onze mass-spec unit, met Oleg Mayboroda.

Maar er zijn nog veel meer vragen die we als consortium in de toekomst hopen te beantwoorden, bijvoorbeeld  wat zijn de effecten wanneer de behandeling in een vroege fase van de ziekte wordt gestart of in een meer gevorderd stadium. Of is de combinatie van Lanreotide met de Vasopressine receptor antagonist nog effectiever? Maar ook vragen over welzijn met o.a. collega Tibben van klinische genetica.

Toekomstig onderzoek in het LUMC
Wat willen we nog meer doen in de toekomst? Meer  inzicht krijgen in de rol van de PKD-eiwitten op cellulair niveau en inzicht in het effect van mutaties. Zo’n 30% van de patiënten draagt een mutatie waarbij 1 fout aminozuur wordt ingebouwd. Deze patiënten hebben in het algemeen een wat milder ziekte beloop maar de cellulaire effecten zijn nauwelijks bekend. De ontwikkelingen van de afgelopen jaren maken het steeds beter mogelijk om de functie van dergelijke varianten te bestuderen. Daarbij denk ik aan de CRISPER/CAS -achtige technieken om relatief snel varianten in genen aan te brengen en vlaggetjes aan eiwitten te koppelen, dit in combinatie met 2 dimensionale en3Dimensionale celkweek, maar ook complexere kweken met verschillende celtypen. Daarnaast zijn er de recente doorbraken in stamcel technologie waarbij men naast hersen of spiercellen nu ook in staat is om niercellen/nierweefsel te genereren. Met de expertise van collega’s Rabelink en Mummery in de nabijheid zie ik veel mogelijkheden voor de toekomst.

Dit komt ook mooi samen in het profileringsgebied ‘ vascular and regenerative medicine’ .

Hoewel ik de afgelopen 35 min voornamelijk over cystenieren heb gesproken gelden deze strategieën ook voor andere translationele  onderzoeksprogramma's waar ik bij betrokken ben, zoals het CADASIL-onderzoek onder leiding van Saskia Lesnik maar vooral ook het onderzoek naar het syndroom van Rubinstein-Taybi, een malformatiesyndroom  waarvoor we in samenwerking met collega Hennekam uit het AMC  een groot, heel goed klinisch gekarakteriseerd en door Martine van Belzen alhier, diagnostisch gekarakteriseerde patiëntengroep hebben opgebouwd. Het  onderzoek aan keloïd in de huid, met Cecilie Bedrup in Noorwegen en ‘induced pluripotent stem cells’, met Stefan White in Australië, nu in Leiden, biedt nog vele interessante  mogelijkheden voor verder onderzoek. Zeker met de recent aangekondigde donatie van een Amerikaanse patiëntenvereniging.

Al met al, met al de ontwikkelingen op het gebied van genomics, celbiologie, engineering en bioinformatica is het dus een hele leuke, interessante en spannende tijd in het onderzoek.

Maar voor onderzoek is geld nodig.

In Nederland mogen we blij zijn met de Nierstichting. Het is opvallend hoe vaak ik in het buitenland complimenten krijg over de hoge kwaliteit van het nefrologisch onderzoek in Nederland. Het feit dat de  Nierstichting al vele jaren, in belangrijke mate, heeft bijgedragen aan het initiëren en in stand houden van succesvolle onderzoekslijnen, waaronder het cystenieren onderzoek, speelt daarbij zeker een grote rol.


Het is natuurlijk wel zo dat in de volle breedte het huidige financiële klimaat zijn effect heeft op onderzoeksgelden van fondsen en overheid. Daarnaast snoeit de overheid niet alleen in het budget voor onderzoek maar men wil de onderzoeksgelden gaan verdelen o.i.v. de publieke opinie. Dan krijgt het fundamenteel onderzoek het wel heel erg moeilijk. Al hebben de reacties van vooraanstaande wetenschappers het tij enigszins kunnen keren, - in ieder geval m.b.t. de reorganisatie van NWO -  maar het blijven enigszins verontrustende ontwikkelingen.

Onderwijs
Naast onderzoek behoren natuurlijk onderwijs en opleiding tot mijn primaire kerntaken en dat begint tegenwoordig bij selectie aan de poort, ook voor mij kan ik nu zeggen na de werkgroep van afgelopen zaterdag voor aankomend studenten Biomedische Wetenschappen. De toekomst zal uitwijzen wat de selectiedag oplevert en of het uiteindelijk de inspanningen van velen waard was.

Het onderwijs zelf heeft door de Jaren heen grote veranderingen ondergaan en persoonlijk constateer ik tot mijn tevredenheid, zowel in mijn rol als lid van de opleidingscommissie Biomedische Wetenschappen maar toch zeker ook als docent en cursuscoördinator dat er daadwerkelijk een duidelijke professionalisering van het onderwijs gaande is.

Inhoudelijk constateer ik echter dat in het huidige curriculum van de opleiding Geneeskunde, het genetica onderwijs nog te weinig ruimte krijgt.   Door de huidige technologische ontwikkelingen in de genetica zijn we nu in een periode aangekomen waarin er naast het verbeteren en versnellen van de diagnostiek meer mogelijkheden ontstaan voor ‘personalized medicin’ en gerichte therapie, dus een behandeling op maat. Dat  was ook een duidelijk motivatie om samen met mijn collega’s Arn van den Maagdenberg en Willeke van Roon de halve minor  ‘From patient DNA to personalized Medicine’ op te zetten.   Het feit dat een van de studenten op het evaluatie formulier had geschreven, ik citeer: "De kennis die we hebben opgedaan tijdens deze halve minor is zeer relevant en moet echt worden aangeboden aan meer geneeskunde studenten" was een compliment aan onze docenten maar gaf vooral ook aan dat er voor ons nog een taak is weggelegd  om er voor te zorgen dat door het curriculum heen de Genetica  vaker aan bod komt,  vooral door er voor te zorgen dat een diversiteit aan aansprekende voorbeelden in verschillende blokken wordt verwerkt.

Dankwoord
Tenslotte een woord van dank. Ik wil U, Mevrouw de Rector Magnificus, Leden van het College van Bestuur van de Universiteit Leiden en Voorzitter en leden van de Raad van Bestuur van het Leids Universitair Medisch Centrum bedanken voor het in mij gestelde vertrouwen door mij als hoogleraar aan deze universiteit te benoemen.

Hooggeleerde Breuning, beste Martijn,
Toen ik indertijd als post-doc bij je kwam werken kon ik niet heen om het onvermoeibare en stimulerende enthousiasme waarmee je families verzamelde, onderzoeksnetwerken opzette en de daarbij behorende cursussen organiseerde. De chromosoom 16 familie met cystenieren als oorsprong.
Ik kreeg van jou niet alleen alle kansen maar zeker ook de volledige vrijheid om mijn eigen wetenschappelijke interesses te volgen en te ontwikkelen. Daar ben ik je zeer dankbaar voor. Tegenwoordig ben je wat meer op de achtergrond, maar je enthousiasme en belangstelling blijven groot en het heeft geen twijfel dat het cystenierenonderzoek je na aan het hart ligt.

Hooggeleerde van Ommen, beste Gert-Jan.
Jij bent natuurlijk jarenlang mijn afdelingshoofd geweest. Ik waardeer het zeer dat jij me altijd de ruimte hebt gegeven om het cystenierenonderzoek naar eigen inzicht uit te voeren en me gesteund hebt wanneer nodig. Ik dank je voor de steun en het vertrouwen.
Het was min of meer toeval dat ik als post-doc bij de afdeling Humane Genetica terecht kwam maar de context bepaalt de kansen.

Hooggeleerde van der Maarel, beste Silvere,
Jij hebt als afdelingshoofd het stokje over genomen van Gert-Jan.  ..en ook de procedure van mijn benoeming  -  ik zie nog je brede lach toen we dit bespraken. Ik zie verder met respect hoe je de steeds groter wordende afdeling leidt en zie met vertrouwen de toekomst tegemoet.

Hooggeleerde Bruijn, Zeer geleerde de Heer, beste Jan-Anthonie en Emile,
Bijna twintig jaar geleden kwam ik bij jullie het lab binnen wandelen met een aantal antistoffen.  Sindsdien is er een hechte samenwerking ontstaan, welke vele mooie resultaten heeft opgeleverd. Ik ben jullie en de medewerkers van de nierpathologie-groep daar zeer erkentelijk voor.  Emile, ik heb veel geleerd van de vele inspirerende discussies en je brede kennis.

Hooggeleerde de Fijter, Beste Hans,
Jouw support voor ons cystenieren onderzoek waardeer ik enorm! Ik  hoop dit nog lang zo voort te zetten, evenals onze ‘bijzondere patiënten’ – besprekingen.
Ik wil jou en alle andere LUMC en niet-LUMC DIPAK collega’s hartelijk danken voor jullie samenwerking.

Analisten, OIOs, en post-docs, van heden en verleden.  Ik heb nog niet iedereen kunnen noemen maar Barbera, Chiara, Fatiha, Fred, Gert, Hang, Hans, Hester, Irma, Janne,  Jeroen, Kimberley, Marjan, Martijn, Nanna, Paola, Sabrin, Sandra, Steven, Tareq, Tijmen, Wouter en Yavuz.  Al heb ik maar een fractie van jullie werk kunnen noemen, het mag duidelijk zijn: ‘jullie bijdrage aan het onderzoek was en  is van onschatbare waarde’. Ik ben jullie daar zeer erkentelijk voor. Ik prijs me gelukkig met jullie te werken.

Hans Dauwerse, Jij hebt een belangrijke bijdrage geleverd aan al de onderzoekslijnen, door de Jaren heen, maar we hebben nog een behoorlijk unieke en speciale band: het Dauwerse–Peters syndroom. Groot was onze verassing toen we de door ons moleculair gekarakteriseerde patiënt met specifieke skeletafwijkingen in de grote OMIM database aantroffen, benoemd als het Dauwerse-Peters syndroom.    ..en …dat de teller nog steeds op 1 patiënt  staat,  mag de pret niet drukken….

Verder veel dank aan mijn collega stafleden en alle medewerkers van de afdeling Humane Genetica. Ik heb de bereidheid elkaar te helpen en de prettige en loyale werksfeer binnen onze afdeling altijd zeer gewaardeerd.

Ook dank aan alle genoemde en niet genoemde samenwerkingsverbanden in het LUMC, in Nederland en daarbuiten.

Tot slot, Of het nu ‘Nature or Nurture’ is, het is duidelijk dat ik mijn medisch moleculair biologisch interesse van mijn beide ouders heb gekregen. Helaas maken mijn ouders deze dag niet meer mee  - wat zouden ze trots geweest zijn- maar,  ik prijs me zeer gelukkig met uw aller aanwezigheid, familie, vrienden en collega’s.

Laat me eindigen met op te merken dat ik hoop dat de woorden die ik vanmiddag heb uitgesproken niet uit de context worden gehaald.


Ik heb gezegd.



Referentielijst

  1. Grantham JJ, Mulamalla S, Swenson-Fields KI: Why kidneys fail in autosomal dominant polycystic kidney disease. Nat Rev Nephrol 7:556-566, 2011
  2. Zaghloul NA, Katsanis N: Mechanistic insights into Bardet-Biedl syndrome, a model ciliopathy. J Clin Invest 119:428-437, 2009
  3. Nauli SM, Alenghat FJ, Luo Y, Williams E, Vassilev P, Li X, Elia AE, Lu W, Brown EM, Quinn SJ, Ingber DE, Zhou J: Polycystins 1 and 2 mediate mechanosensation in the primary cilium of kidney cells. Nat Genet 33:129-137, 2003
  4. The European Polycystic Kidney Disease Consortium, Ward CJ, Peral B, Hughes J, Thomas S, Gamble V, MacCarthy A, Sloane-Stanley J, Buckle V, Kearney LHD, Ratcliffe P, Harris P, Roelfsema J, Spruit L, Saris J, Dauwerse H, Peters D, Breuning M, Nellist M, Brook-Carter P, Maheshwar M, Cordeiro I, Santos H, Cabral P, Sampson J, Janssen B, Hesseling-Janssen A, van den Ouweland AM, Eussen B, Verhoef S, Lindhout D, Halley D: The polycystic kidney disease 1 gene encodes a 14 kb transcript and lies within a duplicated region on chromosome 16. Cell 77:881-894, 1994
  5. Mochizuki T, Wu G, Hayashi T, Xenophontos SL, Veldhuisen B, Saris JJ, Reynolds DM, Cai Y, Gabow PA, Pierides A, Kimberling WJ, Breuning MH, Constantinou Deltas C, Peters DJM, Somlo S: PKD2, a gene for polycystic kidney disease that encodes an integral membrane protein. Science 272:1339-1342, 1996
  6. Hateboer N, Dijk MA, Coto E, Saggar-Malik AK, San Millan JL, Torra R, Breuning M, European PKD1-PKD2 Study Group: Comparison of phenotypes of polycystic kidney disease types 1 and 2. Lancet 353:103-107, 1999
  7. Pei Y, Obaji J, Dupuis A, Paterson AD, Magistroni R, Dicks E, Parfrey P, Cramer B, Coto E, Torra R, San Millan JL, Gibson R, Breuning M, Peters D, Ravine D: Unified criteria for ultrasonographic diagnosis of ADPKD. J Am Soc Nephrol 20:205-212, 2009
  8. Neumann HP, Bacher J, Nabulsi Z, Ortiz BN, Hoffmann MM, Schaeffner E, Nurnberger J, Cybulla M, Wilpert J, Riegler P, Corradini R, Kraemer-Guth A, Azurmendi P, Nunez M, Glasker S, Zerres K, Jilg C: Adult patients with sporadic polycystic kidney disease: the importance of screening for mutations in the PKD1 and PKD2 genes. Int Urol Nephrol 44:1753-1762, 2012
  9. Peters DJM, Ariyurek Y, Van Dijk M, Breuning MH: Mutation detection for exons 2 to 10 of the Polycystic Kidney Disease I (PKD1)-gene. Eur J Hum Genet 9:957-960, 2001
  10. Sharif-Naeini R, Folgering JHA, Bichet D, Duprat F, Lauritzen I, Arhatte M, Jodar M, Dedman A, Chatelain F, Schulte U, Loufrani F, Patel A, Sachs F, Delmas P, Peters DJM, Honore E: Polycystin-1 and -2 dosage regulates pressure sensing. Cell 109:587-596, 2009
  11. AbouAlaiwi WA, Takahashi M, Mell BR, Jones TJ, Ratnam S, Kolb RJ, Nauli SM: Ciliary polycystin-2 is a mechanosensitive calcium channel involved in nitric oxide signaling cascades. Circ Res 104:860-869, 2009
  12. Ruggieri PM, Poulos N, Masaryk TJ, Ross JS, Obuchowski NA, Awad IA, Braun WE, Nally J, Lewin JS, Modic MT: Occult intracranial aneurysms in polycystic kidney disease: screening with MR angiography. Radiology 191:33-39, 1994
  13. Helal I, Reed B, Mettler P, Mc FK, Tkachenko O, Yan XD, Schrier RW: Prevalence of cardiovascular events in patients with autosomal dominant polycystic kidney disease. Am J Nephrol 36:362-370, 2012
  14. Hassane S, Claij N, Lantinga-van Leeuwen IS, Van Munsteren JC, Van LN, Hanemaaijer R, Breuning MH, Peters DJ, Deruiter MC: Pathogenic sequence for dissecting aneurysm formation in a hypomorphic polycystic kidney disease 1 mouse model. Arterioscler Thromb Vasc Biol 27:2177-2183, 2007
  15. Wilson PD: Polycystic kidney disease. N Engl J Med 350:151-164, 2004
  16. Happe H, Leonhard WN, van der Wal A, van de Water B, Lantinga-van Leeuwen IS, Breuning MH, De Heer E, Peters DJ: Toxic tubular injury in kidneys from Pkd1-deletion mice accelerates cystogenesis accompanied by dysregulated planar cell polarity and canonical Wnt signaling pathways. Hum Mol Genet 18:2532-2542, 2009
  17. Qian FJ, Watnick TJ, Onuchic LF, Germino GG: The molecular basis of focal cyst formation in human autosomal dominant polycystic kidney disease. Cell 87:979-987, 1996
  18. Martin GM, Ogburn C.E., Colgin LM, Gown AM, Edland SD, Monnat jr. RJ: Somatic mutations are frequent and increase with age in human kidney epithelial cells. Hum Mol Genet 5:215-221, 1996
  19. Colgin LM, Hackmann AF, Emond MJ, Monnat RJ, Jr.: The unexpected landscape of in vivo somatic mutation in a human epithelial cell lineage. Proc Natl Acad Sci U S A 99:1437-1442, 2002
  20. Grantham JJ, Cook LT, Wetzel LH, Cadnapaphornchai MA, Bae KT: Evidence of extraordinary growth in the progressive enlargement of renal cysts. Clin J Am Soc Nephrol 5:889-896, 2010
  21. Lantinga-van Leeuwen IS, Leonhard WN, van der WA, Breuning MH, De Heer E, Peters DJ: Kidney-specific inactivation of the Pkd1 gene induces rapid cyst formation in developing kidneys and a slow onset of disease in adult mice. Hum Mol Genet 16:3188-3196, 2007
  22. Leonhard WN, Zandbergen M, Veraar K, van den Berg S, van der Weerd L, Breuning M, De Heer E, Peters DJ: Scattered Deletion of PKD1 in Kidneys Causes a Cystic Snowball Effect and Recapitulates Polycystic Kidney Disease. J Am Soc Nephrol 26:1322-1333, 2015
  23. Torres VE, Harris PC: Autosomal dominant polycystic kidney disease: the last 3 years. Kidney Int 76:149-168, 2009