Mecanismos

Protooncogenes:

La proliferación celular se da por una secuencia de pasos que inicia con la unión de factores de crecimiento a receptores específicos encontrados en las células dianas. Estos factores de crecimiento activan proteínas que transmiten señales a través del citosol hasta el núcleo, lo cual se lleva a cabo con la ayuda de mensajeros secundarios o por cascadas de moléculas. Estas señales llegan hasta  el núcleo con el fin de activar factores reguladores que hacen que se inicie la transcripción de ADN y así se lleva a cabo la división celular. (1)     

Normalmente la proliferación celular puede estar controlada por los protooncogenes, los cuales codifican proteínas que pueden funcionar como componentes del ciclo celular, como lo son los factores de crecimiento o sus receptores. A su vez los protooncogenes pueden sufrir mutaciones, con lo que causan una alteración en el ciclo celular. (1)            

                                      

Un ejemplo de estas mutaciones se encuentra en el protooncogén RET, que es un receptor de tirosina cinasa, el cual está situado en el brazo proximal del cromosoma 10q. Estas mutaciones afectan la porción extracelular del receptor, el dominio intracelular de la cinasa de tirosina, convirtiendo de manera inadecuada los aminoácidos en determinados codones. Las mutaciones puntuales de este protooncogén se relacionan con carcinomas medulares de tiroides, tumores suprarrenales y paratiroideos (NEM 1A) y también a tumores tiroideos y suprarrenales sin afectación de la paratiroides (NEM 2B). (1,2)

Figura 1. Diagrama esquemático que muestra el protooncogén RET con las mutaciones que se encuentran en MEN2 y en el carcinoma medular de tiroides (MTC). (2)

Oncogenes:

Como se dijo anteriormente, la proliferación celular está regulada genéticamente por los protooncogenes. Cuando estos protooncogenes sufren mutaciones se denominan oncogenes, los que resultan ser los homólogos antagónicos. Estos genes mutados tienen la peculiaridad de promover la fase de crecimiento celular, pero este paso resulta ser independiente de señales que promueven el crecimiento normal (los factores de crecimiento mencionados anteriormente). Fisiológicamente los factores de crecimiento, codificados por los protooncogenes, inducen la transcripción del ADN para formar proteínas  que participan en el proceso de división celular, pero los oncogenes (que generalmente cumplen funciones similares) forman productos celulares denominados oncoproteínas que también se parecen a los productos de los protooncogenes, con la diferencia que en este caso las oncoproteínas a menudo están desprovistas de elementos reguladores internos importantes. Otra característica de los oncogenes es que estos se expresan de manera constitutiva y no de forma inductiva como los protooncogenes, de esta forma los oncogenes están implicados en el desarrollo tumoral, debido a que los oncoproteínas codificadas confieren a la célula de autosuficiencia en el crecimiento. (1)

A continuación se tratarán puntos específicos relacionados con las funciones de las oncoproteínas y la forma en que se pasa de un protooncogén a un oncogén.

Células cancerosas y factores de crecimiento:

La mayoría de los factores de crecimiento son formados por tipos celulares específicos los cuales son liberados y actúan sobre las células dianas vecinas, a esto se le denomina acción paracrina. En el  caso de las células cancerosas, algunas de ellas no necesitan tal acción ya que desarrollan un mecanismo de estimulación autocrina, esto es, las células secretan el factor de crecimiento y a su vez, expresan receptores para el mismo. No se considera que la mutación de los genes de los factores de crecimiento sea el elemento más importante en la oncogénesis (aunque si necesario), sino que otros oncogenes, como el oncogén RAS, provoca una expresión exagerada de los genes de factor de crecimiento, conduciendo a la célula a secretar cantidades superiores a las normales. Aunque esto pareciera no ser tan grave, si lo es, ya que la replicación constante implica una replicación rápida del ADN, lo que explicaría la aparición de múltiples mutaciones en el genoma (1).

• Receptores de factor de crecimiento: Otros oncogenes no estimulan la función de los factores de crecimiento sino que alteran los receptores de los mismos. Los receptores de los factores de crecimiento pertenecen a la familia de receptores Tirosina-cinasa, los cuales al acoplarse al ligando se dimerizan y fosforilan de forma transitoria, pero en los receptores codificados por oncogenes los receptores están activados de forma constitutiva liberando señales mitóticas  aún en ausencia del factor de crecimiento. (1)
   
• Proteínas transductoras de señal: Las proteínas transductoras de señal están ubicadas en la cara citoplasmática de la membrana celular, reciben la  información captada por los receptores de factores de crecimiento y activan cascadas bioquímicas hacia el núcleo, que activan la transcripción del ADN. Una de estas proteínas es la proteína RAS. La mutación puntual de los genes para RAS es la mutación asilada más frecuente de los protooncogenes. La proteína RAS mutada está activada de forma constitutiva, con esto la célula se encuentra obligada a seguir proliferando por la persistencia de señal. (1)

• Oncogén MYC: El protooncogén MYC es un gen de respuesta precoz inmediata, que se induce rápidamente. MYC puede estar implicado en la carcinogenia mediante la activación de genes que están implicados en la proliferación celular. Entre las actividades moduladas por MYC y que están relacionadas con la carcinogenia, se encuentran la acetilación de histonas, reducción de la síntesis de proteínas de adhesión celular (como desmogleina), aumento de la motilidad celular, aumento de actividad de la telomerasa, entre otras. Una de las características más llamativas de MYC  es la capacidad que tiene para reprogramar  a las células somáticas hacia células madre pluripotenciales. (1)

Genes Supresores Tumorales:

El fracaso en cuanto a la inhibición del crecimiento es una de las alteraciones fundamentales con respecto a la carcinogenia. Mientras los oncogenes están dirigidos a la proliferación de las células, los productos de los genes supresores tumorales aplican frenos a la proliferación celular. La proteína supresora de tumores forma una red de puntos de control que van a impedir el crecimiento incontrolado. Varios de los supresores como RB y p53 son parte de esta red que reconoce la tensión genotoxica de cualquier origen y  responde clausurando la proliferación. Las vías inhibitorias del crecimiento pueden llevar a una apoptosis celular. Debido a todo lo anterior es importante mencionar los genes supresores tumorales, sus productos y los posibles mecanismos por los cuales la pérdida de su función contribuye al crecimiento celular sin regulación.

 

RB es el primer prototipo de gen supresor tumoral descubierto, este se descubrió estudiando una enfermedad como el retinoblastoma, aproximadamente un 60% de retinoblastomas son esporádicos y el resto son familiares. Los pacientes con esta enfermedad familiar tienen un riesgo aumentado de desarrollar osteosarcoma u otros sarcomas en las partes blandas. Para poder explicar la aparición esporádica y hereditaria Knudson propuso la hipótesis de la oncogenia en los dos golpes, que fue planteada como sigue:

Se requieren 2 mutaciones o golpes que afecten ambos alelos de RB en el locus cromosómico 13q14 para que puedan producir un retinoblastoma. A veces el daño genético es grande como para ser visible en forma de una deleción de 13q14.

En cuanto a los casos familiares, se hereda una copia defectiva del gen RB en la línea germinal que sería un golpe y la otra es normal. El retinoblastoma se va a desarrollar cuando el alelo RB que este normal mute en los retinoblastos como consecuencia de una mutación somática espontánea que sería el segundo golpe. El gen de retinoblastoma familiar se hereda como rasgo autosómico dominante.

En el caso de los esporádicos ambos alelos RB están normales y deben sufrir una mutación somática espontánea en el mismo retinoblasto (dos golpes).

El cáncer se desarrolla cuando la célula se convierte en homocigótica para el alelo mutante o, dicho de otra forma, cuando la célula pierde la heterocigosidad para el gen RB normal (un trastorno conocido como LOH, debido a la perdida de heterocigosidad).

La LOH concordante y no aleatoria ha proporcionado claves importantes para la localización de varios genes supresores. El gen Von Hippel-Lindau es un gen supresor tumoral que es el causante de carcinomas renales en las células claras familiares y también está involucrado en las formas esporádicas del mismo tumor.

RB:

Existe una proteína RB que es el producto del gen RB que es una fosfoproteína nuclear, se expresa de forma ubicua y tiene el papel clave en cuanto a la regulación del ciclo celular, esta se encuentra en estado hipofosforilado inactivo en las células quiescentes y en estado hiperfosforilado inactivo en la transición G1/S del ciclo celular. Se cree que la transición entre G1 hasta S es un punto de control extremadamente importante en el reloj del ciclo celular.

Cuando las células cruzan el punto de control G1, pueden pausar el ciclo celular por algún tiempo, pero tienen la obligación de completar la mitosis, sin embargo en este punto de control las células pueden salir del ciclo celular temporalmente a lo que se le llama quiescencia; o bien permanentemente, la llamada senescencia. Debido a esto en G1 se integran diversas señales que determinan si la célula debe entrar en el ciclo celular, salir de este y diferenciarse o morir.

En la iniciación de la replicación del ADN se requiere de la actividad de complejos de ciclina E-CDK2 y la expresión de la ciclina E depende de factores de transcripción de la familia E2F. Al inicio de G1, RB está en su forma activa hipofosforilada y esta se une a los factores de transcripción de la familia E2F inhibiéndolos lo que impide la transcripción de ciclina E. Este RB bloquea la transcripción mediada por E2F por dos formas: Primero secuestra E2F impidiendo su interacción con otros activadores de la transcripción y segundo RB recluta proteínas que remodelan la cromatina, como histona desacetilasas e histona metiltransferasas, que son las que se unen a los genes que responden a promotores de E2F como la ciclina E.

Si RB está ausente o su capacidad para regular estos factores como E2F esta descarrilada se liberan los frenos moleculares del ciclo celular y la célula se desplaza a través del ciclo. Las mutaciones RB adquiridas somáticamente se han descrito en glioblastomas, carcinomas pulmonares de células pequeñas, canceres de mama y carcinomas de vejiga.

El paradigma que surge es que la pérdida de control del ciclo celular normal es central para la transformación maligna y que al menos uno de 4 reguladores clave del ciclo celular (p16/INK4a, ciclina D, CDK4, RB) aparecen desregulados en la inmensa mayoría de los cánceres humanos. (1)

P53 guardián del genoma:

Se encuentra localizado en el cromosoma 17p13.1 y es la diana mas recuente en cuanto a las alteraciones genéticas en tumores humanos. Uno poco más del 50% de los tumores humanos contienen mutaciones de este gen. La pérdida homocigótica de p53 se encuentra virtualmente en todos los tipos de cáncer, incluyendo carcinomas de pulmón, colon y mama. En la gran mayoría de estos casos las mutaciones inactivadoras afectan ambos alelos p53 y son adquiridas en las células somáticas. 

Con una menor frecuencia algunos individuos  heredan un alelo p53 mutante, esto predispone a los individuos a desarrollar tumores malignos, ya que solo se necesita un golpe adicional para inactivar el segundo alelo normal. Estos individuos pueden sufrir el síndrome de Li-Fraumeni y tienen una probabilidad 25 veces mayor que la población general para desarrollar un tumor maligno antes de los 50 años de edad, los tipos más frecuentes de tumores son sarcomas, cáncer de mama, leucemia, tumores cerebrales y carcinomas de la corteza suprarrenal, en los pacientes con este síndrome aparecen tumores a una edad más joven e incluso múltiples tumores primarios. (1)

En las células sanas  que  han sido sometidas a tensión la P53 tiene una vida media corta (20 minutos) debido a que esta se asocia con  MDM2, proteína diana  para su destrucción, pero si la célula está sometida a tensión la p53 sufre cambios postranscripcionales que la libera de la MDM2 aumentando su vida media, estas P53 se pueden agrupar en 2 categorías:

• Las que causan detención del ciclo celular: En este caso la célula revierte a su estado normal. Se ha descubierto que la P53 puede ser activador de la transcripción y a su vez represor debido a que la p53 activa la transcripción de la familia mir34 de los ARNmi (mir34a-mir34c) estos se unen a secuencias en la región no traducida 3´ de los ARNm, impidiendo así la traducción, el bloqueo de estos dificulta la respuesta de p53, por lo que son necesarios para la respuesta a p53.

•   Los que causan a apoptosis.   

 En general el P53 fracasa la transformación neoplásica por  tres mecanismos:

1. Activación de la detención transitoria del ciclo celular (quiescencia): La detención del ciclo celular se considera la respuesta primordial a un daño en el ADN, esta se produce  en la fase G1 y está causada por la transcripción dependiente de p53 del inhibidor CDK CDKN1A (p21) el cual  inhibe los complejos ciclina-CDK  y la fosforilación del RB,  impidiendo así  que las células entren en la fase G1, en este momento las células tiene un tiempo para reparar el ADN, además de la p21 la p53 también induce proteínas como  la GADD45 que ayuda a la reparación del ADN. Si la reparación es un éxito la p53 regula la transcripción de MDM2 produciendo su propia destrucción, pero si no se reparó el daño la célula puede entrar en senescencia o apoptosis.
2. Inducción de una detención permanente del ciclo celular (senescencia): Se caracteriza por cambios en la morfología y expresión génica, y puede estimularse en respuesta a una variedad de tensiones, como señales oncogénicas sin oposición, hipoxia y telómeros acortados. La senescencia requiere la activación de P53 o RB y la expresión de sus mediadores como los inhibidores de CDK y es generalmente irreversible.  Su mecanismo aún no se conoce muy bien pero incluyen cambios epigenéticos que dan lugar a la formación de heterocromatina en diferentes loci en todo el genoma, estos focos de heterocromatina incluyen genes proliferativos regulados por E2F, esto altera drástica y permanentemente la expresión de estas dianas de E2F.
3. Desencadenamiento de la muerte celular programada (apoptosis): Esto es en células con daño irreversible del ADN y es el mecanismo protector final contra la transformación neoplásica, aun no se sabe con exactitud como decide la célula si reparar el ADN o entrar en apoptosis, lo que se conoce es que la p53 dirige la transcripción de varios genes proapoptósicos como BAX y PUMA (BBC3) pero tienen mayor afinidad por los promotores e intensificadores y la p53 se sigue acumulando. Si no se repara el daño en el ADN la p53 llega a ser suficiente para estimular a los genes proapoptósicos y causar la muerte de la célula.

   

Figura:  A. el papel de P53 en el mantenimiento de la integridad del genoma, B.la reparación mediada por p53 activando la transcripción de los ARNmi.(1)

La irradiación y la quimioterapia son 2 modalidades frecuentes para el tratamiento de cáncer, estas median los efectos de la P53 induciendo daño del ADN y posterior apoptosis. Sin embargo existen tumores resistentes, ya que llevan a mutaciones del p53, como el cáncer de pulmón y colorrectales.

Se han descubierto colaboradores de la p53  que no son ubicuos, si no que tienen  más especificidad tisular.

• P63: esencial para la diferenciación de epitelios escamosos estratificados.
• P73: tiene intensos efectos proapoptósicos después de la lesión del ADN inducida por agentes quimioterapéuticos. (1)

 

Via de la APC/β-catenina:

Los genes de la poliposis adenomatosa del colon (APC) representan una clase de genes supresores tumorales cuya función principal es la regulación negativa de señales que promueven el crecimiento.El APC es un componente de la vía de señal WNT, que tiene un papel fundamental en el control del destino celular, la adhesión y polaridad celular  durante el desarrollo embrionario.

Las señales WNT también se requieren para la auto renovación de las células madre hematopoyéticas. Las WNT se encargan de señalizar  a través de una familia de superficie  celular llamados frizzled (FRZ) y estimulan varias vías, de las cuales la central implica la β-catenina y la APC.

Dentro de las funciones de la APC la más importante es regular negativamente a la β catenina. En ausencia de señales WNT, AP causa la degradación de β catenina y destrucción por el proteosoma, La β catenina sobrevive y se transloca al núcleo, donde puede activar la transcripción cooperando con TFC.

Resumiendo: La importancia de la vía de señal  APC/β-catenina en la oncogenia se atestigua por el hecho de que los tumores de colon que contienen genes APC normales albergan mutaciones de β catenina  que impiden su destrucción por APC permitiendo que la proteína mutante se acumule en el núcleo

En la figura A: Se explica el papel de la APC en la regulación de la estabilidad de la β catenina. Cuando las células están en reposo y por consiguiente no en contacto con las WNT la β catenina forma un complejo macromolecular que contiene la proteína APC, esto conduce a la destrucción de la β catenina y las concentraciones intracelulares de esta son bajas. En la figura B: Se observa que las células son estimuladas por la WNT desactivando el complejo de destrucción, en este caso no se produce degradación de β catenina aumentando las concentraciones plasmáticas. En la figura C: Cuando la APC esta mutada o ausente no se produce la destrucción de la β catenina, esta se transloca al núcleo y coactiva genes que promueven la entrada en el ciclo celular, y las células se comportan como si estuvieran bajo estimulación constante por las WNT. (1)

Entre otros genes que funcionan como supresores tumorales están:

• INK4a/ARF (locus del gen CDKN2A): Implicado en las Vías del RB y p53 por lo que su mutación o silenciamiento causan tumores.Codifica 2 productos proteicos: 
• El  CDK1 p 16/INK4a: bloquea la fosforilación  del RB mediada por ciclina D/CDK2, mantiene en su lugar el punto de control RB. 
• P14/ARF: activa la vía p53 al inhibir al MDM2 y así impedir la destrucción del P53.

• La Vía TGF-β: Potente inhibidor de la proliferación en las células endoteliales y hematopoyéticas normales. Regula los procesos celulares  mediante la unión a un complejo serina-treonina cinasa compuesto de receptores TGF-β I y II. La dimerización del receptor a un ligando conduce a la activación de la cinasa y a la fosforilación de receptores SMAD (R- SMAD), con esta fosforilación ingresa al núcleo, se une con SMAD 4 y activa a la transcripción de genes, incluyendo los CDKI p21 y p15/INK4b, además conduce a la expresión de c –MYC, CDK2, CDK4 y ciclinas A y E  todos estos cambios dan lugar a la fosforilación del RB y detención del ciclo celular.

• PTEN: (homólogo de la fosfatasa y tensina): Es una fosfatasa asociada a la membrana codificada por un gen del cromosoma 10q23, actúa como freno en la vía promotora de la supervivencia y el crecimiento PI3K/AKT.

• NF1: Las personas que heredan un alelo mutante del gen NF1 desarrollan neurofibromas benignos numerosos y gliomas del nervio óptico como resultado de la inactivación de la segunda copia del gen. La neurofibromina, producto proteico del gen NF1, contiene un dominio activador de GTPasa que regula la transducción de señal a través de proteínas RAS, las cuales transmiten señales promotoras de crecimiento. La neurofibromina facilita la conversión de RAS desde un estado activo a uno inactivo.

• NF2: Su producto, 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 ERN de las proteínas asociadas al citoesqueleto de membrana. Aun no se conoce como la merlina reduce la carcinogenia pero se ha comprobado que las células que carecen de esta no son capaces de establecer uniones célula-célula estables y son  insensibles a las señales  de detención de crecimiento normales generadas por el contacto célula-célula.

• VHI: (gen Von Hippel Lindau del cromosoma p3). Esta proteína es parte del complejo ubicuitina ligasa. En presencia de O2 HIFI α escapa del reconocimiento de VHI, conduciendo a la ubicuitinación y generación proteosómica. La ausencia de la actividad VHI impide la ubicuitinación y degradación de HIFI α y se asocia con niveles aumentados de factores de crecimiento angiogénicos.

• WT1: Gen localizado en el cromosoma 11p13. Este gen es un activador de la transcripción de genes implicados en la diferenciación renal y gonadal. A pesar de ser un gen supresor su sobreexpresión se ve relacionada con una variedad de cánceres de adultos, incluyendo leucemia y  cáncer de mama puesto que estos tejidos no expresan este gen, se ha sugerido que funciona como un oncogén de estos cánceres

• Patched  (PTCH): PTCH1 y PTCH2 son los genes supresores que codifican a la proteína de membrana PATCHED. Esta funciona como represor de la familia de proteínas llamada Hedgehog.  La vía Hedgehog/PATCHED regula varios genes, incluyendo TGF-β, PDGFRA y PDGFRB. (1)

 

BIBLIOGRAFÍA

1. Stricker TP, Kumar V. Neoplasias. En: Kumar V, Abbas AK, Fausto N, Aster JC. Patología estructural y funcional. 8ª ed. Barcelona: Elsevier; 2010. p. 279 – 295.
2. Jimenez C, Gagel RF. Trastornos que afectan a múltiples sistemas endocrinos. En: Fauci AS, Brunwald E, Kasper DL, Hauser SL, Longo DL, Jameson JL, et al. Harrison Principios de Medicina Interna. 17 ª e. México: Mc Graw Hill Education; 2008. Vol. 2. p. 2362