Modo de acción de genes supresores en tumores humanos

El fracaso en la inhibición del crecimiento es una de las alteraciones fundamentales en el proceso de la carcinogenia. Mientras que los oncogenes dirigen la proliferación de las células, los productos de los genes supresores tumorales aplican frenos a la proliferación celular. Se ha hecho evidente que las proteínas supresoras de tumores forman una red de puntos de control que impiden el crecimiento incontrolado. Los productos proteicos de los genes supresores tumorales pueden funcionar como factores de transcripción, inhibidores del ciclo celular, moléculas de transducción de la señal, receptores de superficie celular y reguladores de las respuestas celulares al daño del ADN. A continuación se describen las funciones de los genes supresores tumorales más importantes y cómo contribuyen sus defectos a la carcinogenia. (1)

RB

      La proteína RB, que es producto del gen RB, es una fosfoproteína nuclear que se encuentra expresada de forma ubicua y juega un papel importante en la regulación del ciclo celular. Se puede encontrar en dos formas: En estado hipofosforilado, activo en las células quiescentes y en estado hiperfosforilado, inactivo en la transición G₁/S de ciclo celular. RB es importante por su imposición de G₁, o el intervalo entre la mitosis y la replicación del ADN. En los embriones, las divisiones celulares se presentan unidas y la replicación del ADN inicia inmediatamente después de que terminó la mitosis. Al continuar el desarrollo se pueden incorporar: El intervalo 1 (G₁) entre mitosis (M) y replicación del ADN (S) y el intervalo 2 (G₂) entre replicación de ADN (S) y mitosis (M). 

          La transición entre G₁ y S es el punto de control más importante del ciclo celular. Cuando las células cruzan G₁, están obligadas a completar la mitosis. En G₁ las células  pueden salir del ciclo, ya sea temporalmente (quiescencia) o de forma permanente (senescencia). En G₁ se integran señales que determinan si la célula debe entrar en el ciclo, salir del ciclo y diferenciarse o morir. La proteína RB es clave para tomar esta decisión. La iniciación de la replicación del ADN requiere:

• Actividad de complejos de ciclina E-CDK2 
• Expresión de la ciclina E dependiente de factores de transcripción de la familia E2F

      Al inicio de G₁, RB está en su forma activa hipofosforilada, se une a los factores de transcripción de la familia E2F y los inhibe, impidiendo así la transcripción de ciclina E, esto puede darse de dos formas:

1. Secuestra E2F e impide su interacción con otros activadores de la transcripción.
2. Recluta proteínas que remodelan la cromatina (histona desacetilasa e histona metiltransferasa) que se unen a los genes que responden a promotores de E2F como ciclina.

         Las enzimas mencionadas modifican la cromatina y vuelven insensibles a los promotores de los factores de transcripción. Las señales mitógenas conducen a la expresión de ciclina D y a la activación de complejo de ciclina D-CDK4/6. Estos complejos se encargan de fosforilar RB, inactivando así la proteína y liberando E2F. La expresión de ciclina E promueve la replicación de ADN y la progresión a través del ciclo celular. Las células, al entrar en fase S, se dividen sin estimulación por el factor del crecimiento y durante la fase M que sigue, se eliminan los grupos fosfato de RB mediante las fosfatasas celulares para regenerar la forma hipofosforilada de RB. 

            Cuando RB está ausente los frenos moleculares del ciclo celular se liberan y la célula se desplaza a través del ciclo. Las mutaciones de los genes RB que están en los tumores se encuentran en un bolsillo de RB, esta región está implicada en la unión a E2F. La proteína RB es muy versátil y también se une a factores de transcripción que regulan la diferenciación celular como específicos de:

• Miocitos
• Adipocitos
• Melanocitos
• Macrófagos

    La pérdida o las mutaciones del gen RB en la línea germinal predisponen a Retinoblastomas y a osteosarcomas (en menor medida) y las mutaciones de RB adquiridas somáticamente se traducen en: Glioblastomas, carcinomas pulmonares de células pequeñas, cánceres de mama y carcinomas de vejiga. 

          Los pacientes con mutación del locus RB en la línea germinal desarrollan principalmente retinoblastomas y la razón por la que las personas que heredan un alelo defectuoso de RB se explica gracias al estudio de ratones con una alteración del locus RB de acuerdo a lo siguiente:

• Los miembros de la familia RB completan parcialmente su función en tipos celulares diferentes de los retinoblastomas.
• RB es miembro de las proteínas pequeñas de bolsillo que incluyen p107 y p130.
• Las tres proteínas se unen a los factores de transcripción E2F.

        Existen además 7 proteínas (E2F1 a E2F7) que activan o reprimen la transcripción. Todas las proteínas de bolsillo regulan la progresión y diferenciación a través del ciclo celular, pero cada miembro de la familia se une a grupos diferentes de proteínas E2F expresándose en diferentes momentos del ciclo celular, logrando que las funciones no se superpongan completamente. En el modelo de retinoblastoma en ratones se logró demostrar que la mutación de miembros diferentes de la red en varias combinaciones genera retinoblastomas de los retinoblastos y también de células diferenciadas de la retina como las interneuronas horizontales. 

       Las mutaciones de RB inactivadoras son más frecuentes en los cánceres que padecen los humanos, porque las mutaciones de otros genes que controlan la fosforilación de RB limitan el efecto de la perdida de RB y éstos genes están mutados en muchos cánceres que pueden tener genes RB normales. La pérdida del control del ciclo celular normal, produce una transformación maligna y uno de cuatro reguladores clave del ciclo celular aparece desregulado en la mayoría de cánceres humanos. En las células que presentan mutaciones en cualquiera de estos genes la función de RB está alterada, aunque el propio gen RB no esté mutado. 

     Las proteínas transformadoras de varios virus ADN oncógenos en humanos actúan mediante la neutralización de las actividades de RB inhibitorias del crecimiento. La proteína RB se inactiva mediante la unión de una proteína vírica y deja de actuar como un inhibidor del ciclo celular. Se unen a la forma hipofosforilada de RB: Antígenos T grandes del virus 40 del simio y poliomavirus, Proteína EIA de los adenovirus y Proteína E7 del VPH. Dicha unión se realiza en el bolsillo de RB que secuestra los factores de transcripción E2F. La proteína RB que no se puede unir a los factores de transcripción E2F se inactiva y los factores de transcripción quedan libres para causar la progresión del ciclo celular. (1)

GEN P53

Es llamado el guardián del genoma, se encuentra localizado en el cromosoma  17p.13.1 Previene la propagación de las células lesionadas genéticamente,  induciendo   la transcripción de genes que causan  la parada del ciclo celular, apoptosis y reparación del ADN,  evitando que haya una  formación de  células neoplásicas. 

La transformación de células neoplásicas es bloqueada por tres mecanismos que están relacionados:

• Quienescencia
• Senescencia
• Apoptosis

La  MD2  es  una proteína que se libera  cuando el ADN de la célula está siendo dañado, esta aumenta la vida  media de la p53, que es de 20 minutos, para su posterior destrucción.  La p53 puede actuar  y activar la transcripción del mir34 que posteriormente se  une a las secuencias S de la región no  traducida del 3´ del ARNm, parando la traducción de genes proliferativos como las ciclinas,  los mir34 tienen genes como el BCL2.

Cuando hay una lesión en el  ADN  la p53 puede  ser  fosforilada por  dos proteínas cinasas ATM y ATR, llevando a una reparación del  ADN. Cuando la p53 decide parar el ciclo celular lo hace deteniendo la fase G_1, por medio de la inhibición del CDK CDKN1A  (p21), dando a la célula  un  tiempo para que pueda reparase del daño.  Hay otras proteínas que ayudan a la reparación del daño  GADD45, si la respuesta es totalmente positiva  , la p53 regula adecuadamente  la transcripción  del MDM2, destruyéndolo y dejando que el ciclo celular continúe  adecuadamente; sin embargo  cuando la respuesta no es positiva la célula puede entrar en estado de apoptosis o  en senescencia, ambas inducidas  por p53.

La senescencia  lleva a una detención total y permanente del ciclo celular, produciendo una alteración morfológica y genética  reversible del ciclo, para que esta se pueda llevar a cabo tienen que participar ciertos elementos: activación del p53 y/o RB y la expresión de sus mediadores, inhibidores de CDK. Es irreversible, aunque puede estar  continuada la expresión del p53.   

El p53 induce apoptosis cuando las células tienen un daño irreversible del ADN  evitando así la  transformación de células neoplásicas. Para que pueda darse  la apoptosis el p53 dirige la transcripción de genes apoptósicos como BAX y PUMA (BB3), llevando así a la muerte celular.  

Cuando el p53 no funciona adecuadamente no hay una reparación del ADN, causando acumulación y mutación de las células en su división, llevándolas a ser células neoplásicas. Las mutaciones en el p53 se dan en muchos tipos de cánceres humanos, como el de colon, pulmón, esófago, hígado, mama y cerebro, carcinomas de la corteza suprarrenal,  así como en la leucemia; el p53 también se ve asociado a mutaciones hereditarias ,entre las cuales destaca el síndrome de Li-Fraumeni, múltiples carcinomas y sarcomas. (1)

VÍA TGF-β

TGF- β es una citosina que posee diferentes funciones regulatorias en las células como: proliferación, diferenciación, apoptosis, transición del epitelio mesenquimal y producción de matriz extracelular. TGF- β es un importante inhibidor de la proliferación, principalmente en las células endoteliales, epiteliales y hematopoyéticas normales. También regula los procesos de las células al unirse a un complejo serina- treonina cinasa que posee receptores TGF- β I y II, los cuales se dimerizan conduciendo a la activación de la cinasa y a la fosforilación de receptores SMAD.  Al estar fosforilados los SMAD pueden introducirse en el núcleo, una vez en el núcleo pueden unirse a SMAD-4 y como consecuencia activar la transcripción de genes, la cual también incluye a CDKI p21 y p15/INK4b. TGF- β reprime a c-MYC, CDK2, CDK4 y ciclinas A y E.  Los cambios que produce TGF- β dan como consecuencia una disminución de la fosforilación de RB, lo cual detiene el ciclo celular. (1,2)

Muchas veces el efecto inhibitorio de TGF- β se encuentra afectado por mutaciones que este puede adquirir, las cuales afectan principalmente al receptor TGF- β tipo II o las moléculas SMAD. Estas mutaciones se observan en el cáncer de colon, estómago y endometrio. SMAD 4 también puede estar afectado y se observa en cánceres pancreáticos. En muchos cánceres, las mutaciones de TGF- β se producen distales al centro de la vía de señal, por lo cual las células tumorales pueden usar otros componentes que induce TGF- β, como la supresión del sistema inmunitario o la promoción de la angiogenia, que facilita el progreso del tumor. TGF- β puede impedir o promover el crecimiento del tumor, ya que depende del estado de otros genes en la células. (2)

PTEN

 

Es  una proteína con actividad fosfatasa asociada a la membrana, que regula la proliferación celular y la apoptosis actuando como un gen supresor de tumores. Mutaciones en la línea germinal de este gen producen alteraciones en aquellos tejidos con alta capacidad proliferativa.

PTEN está codificado por un gen del cromosoma 10q23 en el síndrome de Cowden (SC), el cual es un trastorno autosómico dominante marcado por la aparición de crecimientos benignos frecuentes, como tumores de los apéndices cutáneos y por un aumento de incidencia de cánceres epiteliales, particularmente de mama, endometrio y tiroides.

PTEN actúa como un supresor tumoral al servir como freno en la vía promotora de la supervivencia y el crecimiento PI3K/AKT, ya que juega un papel fundamental en el metabolismo del cáncer, bien contribuyendo a la progresión del ciclo celular, bien disminuyendo la apoptosis e incrementando las capacidades metastásicas de las células cancerígenas). Normalmente esta vía esta estimulada cuando los ligandos se unen al receptor de tirosina cinasa e implica una cascada de fenómenos de fosforilación: (1)

 

FIGURA
Esquema de la vía de señalización intracelular PI3K-AKT-mTOR (3)

• PI3K (fosfoinositido 3-cinasa) fosforila el lípido inositido 3-fosfato para dar lugar al inositido 3,4,5-trifosfato, que se une a la cinasa PDK1 y la activa. 
• PDK1  y otros factores a su vez fosforilan y activan la serina/treonina cinasa AKT, que es un paso fundamental de la vía, con varias funciones importantes. 
• Mediante la fosforilación de una serie de sustratos como: BAD y MDM2, AKT intensifica la supervivencia celular. 
• AKT inactiva el complejo TSC1/TSC2, estos son los productos de dos genes supresores tumorales que están mutados en la esclerosis tuberosa, un trastorno autosómico dominante asociado con malformaciones del desarrollo y neoplasias benignas poco habituales, como rabdomiomas cardiacos (tumores benignos), angiomiolipomas renales y astrocitomas de células gigantes. 
• La inactivación de TSC1/TSC2 activa otra cinasa llamada mTOR la cual es un potente fármaco inmunosupresor, esta estimula la captación de nutrientes, como glucosa y aminoácidos, que son necesarios para el crecimiento y aumenta la actividad de varios factores que se requieren para la síntesis de proteínas.

Aunque la pérdida adquirida de función de PTEN es una de las vías más frecuentes por las que se regula positivamente la señal de PI3K/AKT en varios cánceres, también pueden incrementar si están mutados. Por lo tanto se dice que esta es la vía que se muta con más frecuencia en el cáncer humano. (1)

NF1

Las personas que heredan un alelo mutante de este gen desarrollan neurofibromas benignos numerosos y gliomas del nervio óptico, ya que se inactiva la segunda copia del gen. Esta enfermedad se denomina neurofibromatosis tipo 1, la cual consiste en la formación de tumores en los tejidos nerviosos de:

• El tejido subcutáneo
• Pares craneales
• Nervios  medulares 
• La piel

NF1 causa un crecimiento incontrolado del tejido en los nervios, lo cual ejerce presión sobre los nervios afectados, lo que causa dolor, daño nervioso grave, perdida de la sensibilidad  y hasta perdida de la función en el área estimulada por dicho nervio.(4)

Algunos de los neurofibromas se vuelven tumores malignos de la vaina nerviosa periférica. La neurofibromina, es el producto proteico del gen NF1, este contiene un dominio activador de GTPasa que regula la transducción de la señal a través de la proteína RAS, RAS es la proteína que transmite señales promotoras del crecimiento y convierte al GDP que está inactivo al GTP que es activo. La neurofibromina facilita la conversión de RAS de activo a inactivo, pero si por alguna razón esta pierde su función, RAS queda en un estado de transmisión de señal. (1)

La NF-1 o enfermedad de Von Recklinghausen se debe a la mutación de un gen del cromosoma 17 que codifica la neurofibromina, una proteína activadora de la guanidina trifosfato llamada proteína GAP o proteína activadora del protooncogen p21-ras. Esta proteína cataliza la interconversión de la forma activada del ras ligada a GPT a la forma inactivada del ras ligada a GDP. (5)

NF2

Las mutaciones en este gen en su línea germinal predisponen al desarrollo de neurofibramatosis tipo 2. La cual consiste en un trastorno genético en el que se forman tumores en los nervios del cerebro y de la columna vertebral. Las personas que desarrollan mutaciones en este gen desarrollan schwannomas benignos bilaterales del nervio acústico, además las mutaciones somáticas que afectan ambos alelos se han encontrado en meningiomas y ependimomas esporádicos.

En este caso la neurofibromina 2 o merlina, muestra una gran cantidad de homología con la proteína 4.1 del citoesqueleto de la membrana de los eritrocitos y se relaciona con la familia ERM, que son las proteínas ezrina, radixina y moesina y estas están asociadas al citoesqueleto de membrana.

Aun no se conoce el mecanismo mediante el cual la deficiencia de merlina conduce a la carcinogenia, las células  que carecen de esta no son capaces de establecer uniones  célula-célula y son insensibles a las señales de detención del crecimiento normal generadas por estas uniones. La merlina es un miembro clave de la vía supresora tumoral Salvador-warths-hippo (SWH). La vía de señales controla el tamaño orgánico mediante la modulación del crecimiento, la proliferación y la apoptosis celular y muchos homólogos  de la vía SWH se han implicado en cánceres humanos. (1)

VHL

Gen denominado Von Hippel Lindau (VHL). Las alteraciones en la línea germinal de este gen en el cromosoma 3p están asociadas con cánceres de células renales, feocromocitomas, hemangioblastomas del sistema nervioso central, angiomas retinianos y quistes renales hereditarios. La proteína VHL forma parte de un complejo, ubicutina ligasa, del cual un sustrato crítico para esa actividad es el factor de transcripción 1a inducido por hipoxia (HIF1a). En condiciones normales cuando HIF1a se encuentra en presencia de oxígeno es hidroxilado  y se une a la proteína VHL, llevando así a la ubicuitinación y degeneración proteosómica.  

En condiciones de hipoxia, la reacción no puede llevarse a cabo y HIF1a escapa del reconocimiento de VHL y la consiguiente degradación. Entonces HIF1a puede translocarse al núcleo y poner en marcha muchos genes, como los factores de crecimiento/angiogénicos, factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) y PDGF; factores que se asocian con la regulación de múltiples funciones, como el metabolismo, la angiogénesis y la supervivencia celular. La inactivación o disminución del gen supresor de tumor VHL lleva a la presentación de tumores con muchos vasos sanguíneos; además se ha asociado a  VHL como regulador de la degradación de la matriz extracelular, por lo que la pérdida de la matriz extracelular promueve y mantiene la angiogénesis, generando una ruta para los vasos sanguíneos hacia los tumores infiltrantes. (1)

WT1

Gen localizado en el cromosoma 11p13, la proteína WT1 es un activador de la transcripción de genes implicados en la diferenciación renal (regula la transición mesenquimatosa a epitelial que tiene lugar en el desarrollo del riñón) y gonadal. Su función radica en la transcripción nuclear. Este gen se asocia con el desarrollo de tumor de Wilms, que corresponde con un cáncer de riñón pediátrico; y aunque no se conoce de forma precisa es probable que el efecto oncógeno de la deficiencia de WT1 esté íntimamente conectado con el papel del gen en la diferenciación de los tejidos genitourinarios.  (1)

Patched (PTCH) 

PTCH1 y PTCH2 son genes supresores tumorales que codifican una proteína de membrana celular (PATCHED) que funciona como receptor para una familia de proteínas llamadas Hedgehog. La vía Hedgehog/PATCHED regula varios genes, incluyendo TGF-b y PDGFRA y PDGFRB. Las mutaciones de PTCH están relacionadas con el síndrome de Gorlin, una enfermedad hereditaria también conocida como síndrome del carcinoma de células basales nevoide. Las mutaciones PTCH están presentes en un 20-50% de los casos esporádicos de carcinoma de células basales. Aproximadamente la mitad de dichas mutaciones son del tipo causado por la exposición UV. (1)

BIBLIOGRAFÍA

1. Kumar Vinay. Et al. Patología Estructural y funcional. Robbins y Contran. 8ava edición. Elsevier España, 2010. (Pag: 286 a 295)
2. Schiller, Meinhard; Javelaud,  Delphine;  Mauviel, Alain. TGF- β  -induced SMAD signaling and gene regulation. Journal of Dermatological Science (en línea)  Mayo 2007. Disponible en: http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/14/74/01/PDF/JDS_review_03135_revised.pdf
3. Grupo español de tumores neuroendocrinos[en linea].España: Dr. Jaume Capdevila;2011; Papel de la vía de Pi3K/Akt/mTOR en la génesis y el desarrollo de los tumores neuroendocrinos;[aprox 2 pag] Disponible en: http://www.getne.org/Profesionales/MaterialeducacionalenTNEs/Papeldelav%C3%ADaPi3KAktmTORenlag%C3%A9nesis.aspx
4. MedlinePlus en español [en linea]. Bethesda (MD): Biblioteca Nacional de Medicina (EE. UU.) [actualizado 9 jul. 2014].Neurofibromatosis-1[actualizado el 8 jul 2012]. Disponible en: http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/000847.htm
5. Atlas de neurología[en linea]Disponible en: http://www.iqb.es/neurologia/atlas/neurofibromatosis01/nf1_08.htm