Now, I don't usually like cartoons, I don't think many of them are funny, I find them weird. But I love this cartoon from the New Yorker.
Ik hou niet zo van cartoons. De meeste vind ik niet grappig, eerder bizar. Maar ik hou van deze uit The New Yorker.
(Text: Never, ever think outside the box.) (Laughter)
(Tekst: Nooit, nooit buiten het kader denken.) (Gelach)
So, the guy is telling the cat, don't you dare think outside the box. Well, I'm afraid I used to be the cat. I always wanted to be outside the box. And it's partly because I came to this field from a different background, chemist and a bacterial geneticist. So, what people were saying to me about the cause of cancer, sources of cancer, or, for that matter, why you are who you are, didn't make sense.
De man zegt aan de kat: waag het niet om buiten het kader te denken. Helaas was ik vroeger de kat. Ik wilde uit het kader ontsnappen. Dat komt omdat ik in dit domein stapte vanuit een andere achtergrond: chemie en bacteriële genetica. Wat mensen me vertelden over de oorzaak en bronnen van kanker, of, ‘waarom ben jij wie je bent?’ was nonsens.
So, let me quickly try and tell you why I thought that and how I went about it. So, to begin with, however, I have to give you a very, very quick lesson in developmental biology, with apologies to those of you who know some biology. So, when your mom and dad met, there is a fertilized egg, that round thing with that little blip. It grows and then it grows, and then it makes this handsome man.
Ik vertel snel waarom ik dat dacht en wat ik ermee deed. Vooraf moet ik jullie een stoomcursus geven in ontwikkelingsbiologie. Excuus aan de biologiekenners onder jullie. Toen mama en papa elkaar leerden kennen, was er een bevruchte eicel, dat ronde ding met het bliepje. Het groeit alsmaar en dan wordt het deze knappe man.
(Applause)
(Applaus)
So, this guy, with all the cells in his body, all have the same genetic information. So how did his nose become his nose, his elbow his elbow, and why doesn't he get up one morning and have his nose turn into his foot? It could. It has the genetic information. You all remember, dolly, it came from a single mammary cell. So, why doesn't it do it? So, have a guess of how many cells he has in his body. Somewhere between 10 trillion to 70 trillion cells in his body. Trillion! Now, how did these cells, all with the same genetic material, make all those tissues? And so, the question I raised before becomes even more interesting if you thought about the enormity of this in every one of your bodies.
Deze man en alle cellen in zijn lichaam delen dezelfde genetische informatie. Hoe werd zijn neus zijn neus, zijn elleboog zijn elleboog, en waarom staat hij niet op een dag op en ziet dat zijn neus zijn voet geworden is? Dat zou kunnen. De genetische informatie is er. Je weet nog wel dat Dolly uit één enkele borstkliercel kwam. Waarom gebeurt dat niet? Raad eens hoeveel cellen hij in zijn lichaam heeft. Iets tussen 10 en 70 biljoen. Biljoen! Hoe hebben die cellen met hetzelfde genetische materiaal al die weefsels gemaakt? Mijn eerdere vraag wordt nog interessanter als je ziet hoe enorm dit is vanuit elk van onze lichamen.
Now, the dominant cancer theory would say that there is a single oncogene in a single cancer cell, and it would make you a cancer victim. Well, this did not make sense to me. Do you even know how a trillion looks? Now, let's look at it. There it comes, these zeroes after zeroes after zeroes. Now, if .0001 of these cells got mutated, and .00001 got cancer, you will be a lump of cancer. You will have cancer all over you. And you're not. Why not?
De heersende kankertheorie stelt dat één oncogeen in één kankercel je tot kankerslachtoffer maakt. Dat vond ik nonsens. Weet je hoe een biljoen eruit ziet? Even kijken. Daar komt het: eindeloze nullen na elkaar. Als 0,0001 van die cellen muteert, en 0,00001 kanker krijgt, dan ben je één brok kanker. De kanker zal overal zitten. Mooi niet. Waarom niet?
So, I decided over the years, because of a series of experiments that this is because of context and architecture.
Door de jaren heen, omwille van een reeks experimenten, besloot ik dat dit komt door context en architectuur.
And let me quickly tell you some crucial experiment that was able to actually show this. To begin with, I came to work with this virus that causes that ugly tumor in the chicken. Rous discovered this in 1911. It was the first cancer virus discovered, and when I call it "oncogene," meaning "cancer gene." So, he made a filtrate, he took this filter which was the liquid after he passed the tumor through a filter, and he injected it to another chicken, and he got another tumor.
Ik vertel snel over een cruciaal element dat dit aantoonde. Ik werkte met een virus dat die lelijke tumor bij kippen veroorzaakt. Rous heeft dit in 1911 ontdekt. Het eerste ontdekte kankervirus. Hij noemde het ‘oncogeen’, kankerverwekkend. Hij maakte een filtraat, nam deze filter, het vocht nadat hij de tumor had gefilterd, en injecteerde het in een andere kip. Weer een tumor.
So, scientists were very excited, and they said, a single oncogene can do it. All you need is a single oncogene. So, they put the cells in cultures, chicken cells, dumped the virus on it, and it would pile up, and they would say, this is malignant and this is normal.
De wetenschappers vonden het spannend: “Eén enkel oncogeen volstaat.” Je hebt maar één oncogeen nodig. Ze zetten kippencellen op cultuur, gooiden er het virus op, dat zich opstapelde, waarna ze zeiden: “Dit is kwaadaardig, dit is normaal.”
And again this didn't make sense to me. So for various reasons, we took this oncogene, attached it to a blue marker, and we injected it into the embryos. Now look at that. There is that beautiful feather in the embryo. Every one of those blue cells are a cancer gene inside a cancer cell, and they're part of the feather. So, when we dissociated the feather and put it in a dish, we got a mass of blue cells. So, in the chicken you get a tumor, in the embryo you don't, you dissociate, you put it in a dish, you get another tumor. What does that mean? That means that microenvironment and the context which surrounds those cells actually are telling the cancer gene and the cancer cell what to do.
Nogmaals, ik vond het nonsens. Dus namen we dit oncogeen, markeerden het blauw en injecteerden het in de embryo’s. Kijk daar. Een prachtige veer in het embryo. Elk van die blauwe cellen is een kankergen in een kankercel, deel van de veer. Toen we de veer losmaakten en in een schaal legden, kregen we een massa blauwe cellen. In de kip krijg je een tumor, in het embryo niet. Maak ze los, leg ze in een schaal en je krijgt weer een tumor. Wat betekent dat? Dat de micro-omgeving en de context rond die cellen het kankergen en de kankercel vertellen wat te doen.
Now, let's take a normal example. The normal example, let's take the human mammary gland. I work on breast cancer. So, here is a lovely human breast. And many of you know how it looks, except that inside that breast, there are all these pretty, developing, tree-like structures. So, we decided that what we like to do is take just a bit of that mammary gland, which is called an "acinus," where there are all these little things inside the breast where the milk goes, and the end of the nipple comes through that little tube when the baby sucks.
Nu een normaal voorbeeld. De menselijke borstklier. Ik bestudeer borstkanker. Hier is een mooie mensenborst. De meesten kennen het uitzicht, maar in die borst ontwikkelen zich mooie boomachtige structuren. We beslisten om een stukje van die borstklier te nemen, een ‘acinus’ (‘bes’), kleine dingetjes in de borst waar de melk heengaat en, op het einde van de tepel, door een buisje stroomt als de baby zuigt.
And we said, wonderful! Look at this pretty structure. We want to make this a structure, and ask the question, how do the cells do that? So, we took the red cells -- you see the red cells are surrounded by blue, other cells that squeeze them, and behind it is material that people thought was mainly inert, and it was just having a structure to keep the shape, and so we first photographed it with the electron microscope years and years ago, and you see this cell is actually quite pretty. It has a bottom, it has a top, it is secreting gobs and gobs of milk, because it just came from an early pregnant mouse.
Wonderlijk! Wat een mooie structuur. We willen die maken en vragen ons af: hoe doen de cellen dat? Dus namen we de rode cellen, waar blauwe cellen rond zitten, die ze samendrukken. Erachter zit materie die men als inert beschouwde, gewoon een structuur om de vorm te behouden. Eerst maakten we foto’s met de electronmicroscoop, vele jaren geleden. Deze cel is echt mooi. Ze heeft een onder- en bovenkant, geeft sloten melk af omdat ze van een pas zwangere muis is.
You take these cells, you put them in a dish, and within three days, they look like that. They completely forget. So you take them out, you put them in a dish, they don't make milk. They completely forget. For example, here is a lovely yellow droplet of milk on the left, there is nothing on the right. Look at the nuclei. The nuclei in the cell on the left is in the animal, the one on the right is in a dish. They are completely different from each other.
Leg die cellen in een schaaltje en binnen de drie dagen zien ze er zo uit. Ze vergeten het helemaal. Neem ze eruit, leg ze in een schaaltje en ze zijn het melk aanmaken verleerd. Hier is een mooi geel melkdruppeltje links, rechts is er niets. De nuclei in de cel links zitten in het dier, die rechts zitten in een schaal. Ze zijn compleet verschillend.
So, what does this tell you? This tells you that here also, context overrides. In different contexts, cells do different things. But how does context signal? So, Einstein said that "For an idea that does not first seem insane, there is no hope." So, you can imagine the amount of skepticism I received -- couldn't get money, couldn't do a whole lot of other things, but I'm so glad it all worked out.
Wat leer je daaruit? Dat ook hier de context het laatste woord heeft. In een andere context doen cellen andere dingen. Hoe signaleert de context? Einstein zei: “Als een idee niet eerst gestoord lijkt, is er geen hoop voor.” Stel je voor hoeveel scepticisme me wachtte. Geen geld, weinig mogelijkheden, maar ik ben zo blij dat het lukte.
So, we made a section of the mammary gland of the mouse, and all those lovely acini are there, every one of those with the red around them are an acinus, and we said okay, we are going to try and make this, and I said, maybe that red stuff around the acinus that people think there's just a structural scaffold, maybe it has information, maybe it tells the cells what to do, maybe it tells the nucleus what to do. So I said, extracellular matrix, which is this stuff called ECM, signals and actually tells the cells what to do.
We maakten een sectie van de muizenborstklier -- daar zijn die mooie acini, als er iets roods om zit, is het een acinus. We namen ons voor om dit te maken. Ik zei: “Dat rode spul rond de acinus, dat men als een staketsel beschouwt, bevat misschien informatie, zegt de cellen en de nucleus misschien wat ze moeten doen. De extracellulaire matrix, dat ding, het ECM, signaleert aan de cellen wat ze moeten doen.”
So, we decided to make things that would look like that. We found some gooey material that had the right extracellular matrix in it, we put the cells in it, and lo and behold, in about four days, they got reorganized and on the right, is what we can make in culture. On the left is what's inside the animal, we call it in vivo, and the one in culture was full of milk, the lovely red there is full of milk. So, we Got Milk, for the American audience. All right. And here is this beautiful human cell, and you can imagine that here also, context goes.
We maakten dingen die er zo uitzien. We vonden kleverig materiaal met de juiste extracellulaire matrix, stopten de cellen erin, en warempel, op 4 dagen tijd reorganiseerden ze zich. Rechts zie je wat we op cultuur kunnen maken. Links zie je wat in het dier zit, dat noemen we ‘in vivo’. Op cultuur zat het vol melk. Het mooie rode zit vol melk. We ‘Got Milk’, voor het Amerikaanse publiek. Hier is een mooie menselijke cel. Je kan je voorstellen: ook hier speelt de context.
So, what do we do now? I made a radical hypothesis. I said, if it's true that architecture is dominant, architecture restored to a cancer cell should make the cancer cell think it's normal. Could this be done? So, we tried it. In order to do that, however, we needed to have a method of distinguishing normal from malignant, and on the left is the single normal cell, human breast, put in three-dimensional gooey gel that has extracellular matrix, it makes all these beautiful structures. On the right, you see it looks very ugly, the cells continue to grow, the normal ones stop. And you see here in higher magnification the normal acinus and the ugly tumor.
Wat nu gedaan? Ik stelde een radicale hypothese op: “Als het waar is dat de architectuur dominant is, dan moet een herstelde architectuur een kankercel doen denken dat ze normaal is. Is dat mogelijk? We probeerden het. Daarvoor hadden we een methode nodig om normaal van kwaadaardig te onderscheiden. Links heb je een enkele normale cel, menselijke borst, in driedimensionale kleverige gel gezet, met extracellulaire matrix. Ze maakt mooie structuren aan. Rechts ziet het er lelijk uit. De cellen blijven groeien. De normale stoppen ermee. Hier zie je vergrote beelden van de normale acinus en de lelijke tumor.
So we said, what is on the surface of these ugly tumors? Could we calm them down -- they were signaling like crazy and they have pathways all messed up -- and make them to the level of the normal? Well, it was wonderful. Boggles my mind. This is what we got. We can revert the malignant phenotype.
“Wat zit er aan de buitenkant van deze tumoren? Kunnen we ze kalmeren -- ze gaven als gek signalen af, de banen waren chaotisch -- en ze naar het normale niveau brengen? Het was fantastisch. Ik stond versteld. Dit was het resultaat. We kunnen het kwaadaardige fenotype omkeren.
(Applause)
(Applaus)
And in order to show you that the malignant phenotype I didn't just choose one, here are little movies, sort of fuzzy, but you see that on the left are the malignant cells, all of them are malignant, we add one single inhibitor in the beginning, and look what happens, they all look like that. We inject them into the mouse, the ones on the right, and none of them would make tumors. We inject the other ones in the mouse, 100 percent tumors.
Ik toon je dat ik het kwaadaardige fenotype niet zomaar uitgekozen heb. Hier zijn filmpjes, wat chaotisch. Je ziet dat er links kwaadaardige cellen zijn allemaal kwaadaardig. We voegen bij het begin één inhibitor toe. Kijk wat er gebeurt. Ze zien er allemaal zo uit. We injecteren ze in de muizen rechts, en geen enkele maakt een tumor aan. We injecteren de andere: 100% tumoren.
So, it's a new way of thinking about cancer, it's a hopeful way of thinking about cancer. We should be able to be dealing with these things at this level, and these conclusions say that growth and malignant behavior is regulated at the level of tissue organization and that the tissue organization is dependent on the extracellular matrix and the microenvironment. All right, thus form and function interact dynamically and reciprocally. And here is another five seconds of repose, is my mantra. Form and function.
Het is een nieuwe manier van denken over kanker. Een hoopvolle manier. We zouden er op dit niveau mee moeten omgaan. De conclusie is telkens dat groei en kwaadaardig gedrag op niveau van de weefselorganisatie geregeld zijn, en dat dat afhangt van de extracellulaire matrix en de micro-omgeving. Vorm en functie interageren dus dynamisch en wederzijds. Hier nog eens 5 seconden rust. Mijn mantra. Vorm en functie.
And of course, we now ask, where do we go now? We'd like to take this kind of thinking into the clinic. But before we do that, I'd like you to think that at any given time when you're sitting there, in your 70 trillion cells, the extracellular matrix signaling to your nucleus, the nucleus is signaling to your extracellular matrix and this is how your balance is kept and restored.
We vragen dan: en nu? We zouden graag naar de klinische fase gaan. Voor we dat doen, moet je even bedenken dat op elk moment dat je daar zit, in jouw 70 biljoen cellen de extracellulaire matrix signalen geeft aan je nucleus, en andersom, en dat dit je evenwicht bewaart en herstelt.
We have made a lot of discoveries, we have shown that extracellular matrix talks to chromatin. We have shown that there's little pieces of DNA on the specific genes of the mammary gland that actually respond to extracellular matrix. It has taken many years, but it has been very rewarding.
We hebben veel ontdekt, we hebben getoond dat ECM met chromatine praat. Er zijn stukjes DNA op de genen van de borstklier die respons geven aan de ECM. Het heeft vele jaren geduurd, maar het was de moeite.
And before I get to the next slide, I have to tell you that there are so many additional discoveries to be made. There is so much mystery we don't know. And I always say to the students and post-docs I lecture to, don't be arrogant, because arrogance kills curiosity. Curiosity and passion. You need to always think, what else needs to be discovered? And maybe my discovery needs to be added to or maybe it needs to be changed.
Voor we verdergaan, moet ik zeggen dat er nog zoveel te ontdekken valt. Er is zoveel mysterie dat we niet weten. Ik zeg altijd aan mijn studenten en post-docs: niet arrogant zijn, want arrogantie doodt nieuwsgierigheid. Nieuwsgierigheid en passie. Bedenk altijd: wat valt er nog te ontdekken? Misschien moet er wat aan mijn ontdekking toegevoegd worden, of moet ze gewijzigd worden.
So, we have now made an amazing discovery, a post-doc in the lab who is a physicist asked me, what do the cells do when you put them in? What do they do in the beginning when they do? I said, I don't know, we couldn't look at them. We didn't have high images in the old days. So she, being an imager and a physicist, did this incredible thing. This is a single human breast cell in three dimensions. Look at it. It's constantly doing this. Has a coherent movement. You put the cancer cells there, and they do go all over, they do this. They don't do this. And when we revert the cancer cell, it again does this. Absolutely boggles my mind. So the cell acts like an embryo. What an exciting thing.
We hebben een mooie ontdekking gedaan. Een postdoc in de fysica uit het laboratorium vroeg: “Wat doen de cellen in het begin, als je ze erin zet?” “Weet ik niet,” zei ik, “we konden ze niet zien.” Toentertijd hadden we geen goede beelden. Zij kende beeldvorming en fysica en deed iets ongelooflijks. Dit is één menselijke borstcel in 3D. Het doet de hele tijd dit. Beweegt coherent. Zet de kankercellen daar, en die bewegen alle kanten op. Ze doen dit, niet dat. Herstellen we de kankercel, dan doet het weer dit. Vind ik verbluffend. De cel handelt dus als een embryo. Hoe spannend.
So I'd like to finish with a poem. Well I used to love English literature, and I debated in college, which one should I do? And unfortunately or fortunately, chemistry won. But here is a poem from Yeats. I'll just read you the last two lines. It's called "Among the School Children." "O body swayed to music / O brightening glance / How [can we know] the dancer from the dance?" And here is Merce Cunningham, I was fortunate to dance with him when I was younger, and here he is a dancer, and while he is dancing, he is both the dancer and the dance. The minute he stops, we have neither. So it's like form and function.
Ik wil eindigen met een gedicht. Ik hield van Engelse literatuur en twijfelde tussen beide aan de universiteit. Helaas of gelukkig won de chemie. Maar hier is een gedicht van Yeats, de laatste twee regels. Het heet ‘Tussen de schoolkinderen’. “O lichaam zwaaiend op muziek, verhelderende glans, hoe onderscheiden we de danser van de dans?” Hier is Merce Cunningham. Toen ik jonger was, mocht ik met hem dansen. Hier is hij danser. Terwijl hij danst, is hij tegelijk de danser en de dans. Zodra hij stopt, zijn ze beide weg. Net zoals vorm en functie.
Now, I'd like to show you a current picture of my group. I have been fortunate to have had these magnificant students and post-docs who have taught me so much, and I have had many of these groups come and go. They are the future and I try to make them not be afraid of being the cat and being told, don't think outside the box.
Hier is een recente foto van mijn groep. Ik ben gezegend geweest met geweldige studenten en post-docs, die me zoveel leerden. Vele van deze groepen komen en gaan. Zij zijn de toekomst. Ik probeer te zorgen dat ze niet bang zijn om de kat te zijn en te horen te krijgen: niet buiten het kader denken!
And I'd like to leave you with this thought. On the left is water coming through the shore, taken from a NASA satellite. On the right, there is a coral. Now if you take the mammary gland and spread it and take the fat away, on a dish it looks like that. Do they look the same? Do they have the same patterns? Why is it that nature keeps doing that over and over again?
Ik sluit af met deze gedachte. Links komt er water door de kust, van een NASA-satelliet. Rechts is er een koraal. Als je de borstklier uitspreidt en het vet wegneemt, ziet het er zo uit op een schaaltje. Zijn dat dezelfde patronen? Waarom doet de natuur dat telkens weer?
And I'd like to submit to you that we have sequenced the human genome, we know everything about the sequence of the gene, the language of the gene, the alphabet of the gene, But we know nothing, but nothing, about the language and alphabet of form. So, it's a wonderful new horizon, it's a wonderful thing to discover for the young and the passionate old, and that's me.
Ik leg jullie voor dat we het menselijk genoom hebben gesequenceerd. We kennen alles van de sequencering van het gen, de taal van het gen, het alfabet van het gen. Maar we kennen helemaal niets van de taal en het alfabet van de vorm. Het is een wonderlijke nieuwe horizon, iets wonderlijks om te ontdekken voor de jongeren en de ouderen met passie, ik dus.
So go to it!
Allen daarheen!
(Applause)
(Applaus)