Modo de acción de Genes Supresores de Tumores Humanos

Hay más de 30 000 millones de células que constituyen nuestro organismo nacen crecen, se dividen y mueren bajo la estricta vigilancia del material hereditario, o sea, de la molécula de ADN. Por tanto unas células regulan la proliferación de otras, para asegurarse de este modo que los órganos y tejidos crezcan en equilibrio y mantengan la arquitectura corporal. La reproducción celular esta supervisada por determinados sistemas de control extremadamente rigurosos. Para que una célula se divida en 2 células hijas idénticas es necesario la participación de una gran cantidad de moléculas como proteínas, enzimas, factores de crecimientos y de genes que se activen y desactivan con la precisión de la maquinaria de un reloj. En las células normales, el reloj integra la mezcla de señales reguladoras del crecimiento recibidas por la célula y decide si esta debe o no pasar a través de su ciclo de vida. El más mínimo fallo que tenga lugar en uno de los sistemas de control puede acarrear una tragedia celular. 

La transformación maligna de una célula acontece por acumulación de mutaciones en unos genes específicos, los cuales son la clave molecular para entender las raíces del cáncer. 

Los productos de los genes supresores tumorales aplican frenos a la proliferación celular. Se ha hecho evidente que las proteínas supresoras forman una red de puntos de control que impiden el crecimiento incontrolado. En efecto, la expresión de un oncogén en una célula por lo demás completamente normal conduce a la quiescencia o a una detención permanente del ciclo celular, en lugar de la proliferación incontrolada. Finalmente, las vías inhibitorias del crecimiento pueden empujar las células a la apoptosis. De forma similar a las señales mitógenas, las señales inhibitorias del crecimiento, proliferación se originan fuera de la célula y usan receptores, transductores de señal y reguladores de la transcripción nuclear para llevar a cabo sus efectos; los supresores tumorales constituyen una porción de estas redes. 

Factor de crecimiento transformante beta (TGF- β) 

El factor de crecimiento transformante beta (TGF- β) está presente en células epiteliales, endoteliales y hematopoyéticas normales, es miembro de una supe familia de factores poli peptídicos que inhibe el crecimiento y también indicen a la a apoptosis y es un potente inhibidor de la proliferación celular. Actúa mediante la unión a complejo serina-treonina cinasa compuesto por los Genes TGF- β 1 y 2. La dimerización del receptor por la unión del ligando conduce a la activación de la cinasa y la fosforilación de receptores SMAD (R-SMAD). A la fosforilación, los R-SMAD pueden entrar al núcleo y unirse a SMAD-4 y activar la transcripción de genes en las que incluye CDKI p21 y p15/INK4b. TGF- β también conduce a la represión de c-MYC, CDK2, CDK4 y ciclínas A y E. Estos cambios disminuyen la fosforilación de RB y a la detención del ciclo celular. Cuando estas vías están alteradas por mutaciones las TGF- β II interfieren con las moléculas SMAD que traducen señales anti proliferativas desde el receptor hasta el núcleo. El TGF- β II esta involucrado en canceres de colon, estómago y endometrio, En un 100% de cáncer pancreático y un 83% de cáncer de colon se encuentra al menos un componente de la vía TGF- β mutado.

E-cadherina

Es una proteína que mantiene la adhesividad intercelular cuando existe alguna herida, al perder contacto entre célula y célula se altera la interacción entre E- cadherina y β – catenina lo que permite que β – catenina viaje al núcleo y de esta manera estimule la proliferación celular y contribuir a la cicatrización de una herida en condiciones normales para posteriormente la E- cadherina regrese a la β – catenina a la membrana celular. En los carcinomas El eje E- cadherina/β – catenina pierde la inhibición de contacto por lo que la proliferación celular continua de forma indefinida. Esta alteración de la cadherina puede favorecer al cáncer maligno al permitir desagregación celular al invadir localmente o metastatizar.

BRCA1: gen localizado en cromosoma 17q21. BRCA2: gen localizado en cromosoma 13q12. Ambos genes producen proteínas supresoras de tumores y desempeñan un papel fundamental en la reparación de ADN dañado. Cuando hay mutaciones en el ADN y no puede ser reparado adecuadamente las alteraciones pueden conducir al cáncer de mama familiar y de ovario.

BRCA1

Se caracteriza por presentar su extremo N-terminal contiene un dominio dedo de Zinc que interacciona con el ADN. Las proteínas que contienen señales de localización nuclear son generadas en un 60% en el exón 11, estas señales indican el punto de actuación en las células e interaccionan con la proteína de reparación celular (Rad51), p53, Rb y c-Myc. El BRCA1 es importante en la reparación de las lesiones de ADN y participa en otros procesos como regulación del ciclo celular, apoptosis entre otros.

BRCA2

Está implicado en la reparación del ADN y la regulación de la actividad Rad51, es importante para la recombinación homóloga del ADN en la reparación de doble cadena. Tanto BRCA1 como BRCA2 interactúan en las vías de reparación del ADN.

NF1

• Localización subcelular: Cara interna de la membrana plasmática 
• Función: inhibición de transducción de la señal RAS y del inhibidor del ciclo celular p21 
• Tumores asociados con mutaciones somáticas: Neuroblastomas 
• Tumores asociados con mutaciones hereditarias: Neurofibromatosis tipo 1 y sarcomas 

La Neurofibromina, el producto proteico del gen NF1, contiene un dominio activador de GTPasa que regula la transducción de la señal a través de proteínas RAS. Recuérdese, que RAS transmite señales promotoras del crecimiento y oscila entre estados de unión a GDP (inactivos) y de unión GTP (activos). La Neurofibromina, RAS queda atrapada en un estado de transmisión de señales activo. 

Los individuos que heredan un alelo mutante del gen FN1 desarrollan neurofibromas benignos numerosos y gliomas del nervio óptico como resultado de inactivación de la segunda copia del gen. 

NF2

• Localización subcelular: Citoesqueleto 
• Función: Estabilidad citoesqueletica 
• Tumores asociados con mutaciones somáticas: Schwanomas y meningiomas 
• Tumores asociados con mutaciones hereditarias: Neurofibromatosis tipo 2, schwanomas acústicos y meningiomas 

El producto del gen NF2, llamado 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 (ezrina, radixina y moesina) de las proteínas asociadas al citoesqueleto de la membrana. Aunque no se conoce el mecanismo por el cual la deficiencia de merlina conduce a carcinogenia, las células que carecen de esta proteína no son capaces de establecer uniones célula- célula. La merlina es un miembro clave de la vía supresora tumoral Salvador- Warts-Hippo (SWH), descrita originalmente en la Drosophila. La vía de señales controla el tamaño orgánico mediante la modulación del crecimiento, la proliferación y la apoptosis celular. Muchos homólogos humanos de los genes de la vía SWH se han implicado en canceres humanos.

Genes supresores localizados en el citosol

Gen PTEN

El gen se encuentra en el cromosoma 10. El gen PTEN es un supresor tumoral que se encuentra mutado con alta frecuencia en gran cantidad de cánceres. Codifica para una proteína capaz de modificar a otras proteínas y lípidos mediante la eliminación de grupos fosfatos. Además, PTEN regula negativamente la vía de señalización AKT-PKB.

En cuanto su función, se considera que actúa como regulador negativo del sistema de mensajeros acoplados a la fosforilación de la fosfoinositol-3-cinasa (PI3K). Esta función se realiza mediante la desfosforilación en la posición 3 del anillo de fosfatidilinositol 3, 4, 5 trifosfato (PIP3). El sistema PI3K traduce señales intracelulares para el crecimiento, la proliferación y la supervivencia celular. Una vez activada PI3K, la siguiente molécula que se activa, en dirección hacia el núcleo, es la serina treonina cinasa (AKT). Para continuar la vía de señalización intracelular, el PIP3 se une por medio del sitio de homología de pleckstrina a la serina treonina cinasa-1 dependiente de fosfoinositol (PDK1) que se encuentra cerca de la membrana plasmática o en ella. Inmediatamente después, AKT es activada por fosforilación, en su asa específica para PDK1 por esta proteína y en su región hidrofóbica por medio del complejo 2 de proteínas de mamíferos asociados a rapamicina (Mtorc2), con lo cual su conformación proteica cambia y alcanza un estado totalmente activo. En consecuencia, AKT fosforila una gama amplia de proteínas blanco para regular una gran variedad de procesos celulares como el crecimiento celular, la supervivencia, la proliferación y la migración. La señalización intracelular mediado por AKT puede ser regulada mediante cambios en las concentraciones de PIP3 o la desfosforilación mediada por la fosfatasa PTEN.

Gen APC/ β-catenina

La ausencia de la proteína APC funcional lleva a la incrementación en la división celular, ya que su función normal de la proteína es la de inhibir en cierta forma la división celular. La proteína APC forma un complejo con la beta-catenina, un factor de transcripción, llevan a la degradación de la beta-catenina. Durante la ausencia de la proteína APC existe un exceso de beta-cateninas en el núcleo. Las beta-cateninas se unen a otras proteínas en el núcleo para formar un complejo que se une al ADN y activa la transcripción de varios genes. Uno de los genes activados por este complejo es c-myc, oncogén conocido. C-myc es en sí un factor de transcripción para varios genes que controlan el crecimiento y la división celular. Entonces, la mutación del gen APC conlleva a una cascada de eventos que al final resultan en mayor división celular. Por supuesto, varios otros factores pueden influenciar la expresión de los genes y sus productos, pero las mutaciones en los genes APC parecen ser correlacionados con un aumento en los niveles de beta-catenina y c-myc resultando en un ritmo de proliferación alto. .

Las investigaciones científicas han demostrado que la adición de la proteína APC normal a las células del cáncer del colon que no tienen APC funcional causa una disminución en el crecimiento del tumor. La disminución ha sido demostrada a causa de un incremento en la apoptosis, sugiriendo que APC regula tanto los controles de la muerte celular, así como los de su crecimiento. Desde luego, la pérdida del gen altera el balance entre el crecimiento y la muerte celular que juega el rol de controlar el número de las células.

Gen SMAD2 Y SMAD 4

La familia de TGF-β comprende diversos polipéptidos de bajo peso molecular que participan en procesos esenciales del desarrollo y remodelación tisular. Estos polipéptidos ejercen su acción sobre la celular gracias a su unión a receptores heterodiméricos de membrana con actividad serina/ treonina-cinasa. Cuando el ligando se une al receptor de tipo II se produce un reclutamiento del receptor tipo I, su activación y la fosforilación de las proteínas SMAD agonistas: como consecuencia de ellos las proteínas SMAD fosforiladas se translocan al núcleo donde actúan como reguladores trancripcionales. Existen varios miembros de la familia SMAD que adaptan las señales inducidas por los diversos ligandos SMAD 2 y SMAD 3 que influyen en la activación de SMAD 4.

Las mutaciones en SMAD2 y SMAD 4 se producen en tumores colorretales 20% y pancreáticos 40%, respectivamente.

RB1:

Es un regulador del ciclo celular. La iniciación de la replicación del ADN requiere 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 principio de G 1 , RB está en su forma activa hipofosforilada y se une a los factores de transcripción de la familia E2F inhibiéndolos, lo que impide la transcripción de ciclina E. RB hipofosforilada bloquea la transcripción mediada por E2F de dos formas:

1. secuestra E2F impidiendo su interacción con otros activadores de la transcripción.
2. RB recluta proteínas que remodelan la cromatina, como histona desacetilasas e histona metiltransferasas, las cuales se unen a los genes que responden a promotores de E2F como la ciclina E. Estas enzimas modifican la cromatina de modo que hacen los promotores insensibles a los factores de transcripción.

Las señales mitógenas conducen a la expresión de ciclina D y la activación de complejos de ciclina D-CDK4/6. Estos complejos fosforilan RB, inactivando la proteína y liberando E2F para inducir genes diana como el de ciclina E. Después, la expresión de ciclina E estimula la replicación de ADN y la progresión a través del ciclo celular. Cuando las células entran en fase S, están destinadas a dividirse sin estimulación adicional por factor de crecimiento.

Durante la fase M subsiguiente los grupos fosfato son eliminados de RB mediante fosfatasas celulares, regenerando la forma hipofosforilada de RB. Los factores E2F no son los únicos efectores de la detención en G 1 mediada por RB.

RB también controla la estabilidad del inhibidor del ciclo celular p27.

p53:

Es el guardian del genoma, p53 frustra la transformación neoplásica mediante tres mecanismos entrelazados:

1. activación de la detención transitoria del ciclo celular (quiescencia)
2. inducción de una detención permanente del ciclo celular (senescencia) o
3. desencadenamiento de la muerte celular programada (apoptosis).

En células sanas no sometidas a tensión, p53 tiene una vida media corta (20 min) debido a su asociación con MDM2, una proteína de la que es diana para su destrucción. Cuando la célula está sometida a tensión, en por una agresión a su ADN, p53 sufre modificaciones postranscripcionales que la liberan de MDM2 y aumentan su vida media. Separada de MDM2, p53 también llega a activarse como un factor de transcripción. Si el daño del ADN puede repararse durante la detención del ciclo celular, la célula revierte a su estado normal; si la reparación fracasa, p53 induce apoptosis o senescencia.

Se ha demostrado que p53 activa la transcripción de la familia mir34 de los ARNmi (mir34amir34c). 76 Los ARNmi, se unen a secuencias en la región no traducida 3’ de los ARNm, impidiendo la traducción. El bloqueo de mir34 dificulta la respuesta de p53 a nivel celular, y la expresión ectópica de mir34 sin activación de p53 es suficiente para inducir la detención del crecimiento y la apoptosis.

Por tanto, los microARN mir34 son capaces de recapitular muchas de las funciones de p53 y son necesarios para estas funciones, demostrando la importancia de los mir34 en la respuesta a p53.

Las dianas de los mir34 incluyen genes proliferativos, como las ciclinas, y genes antiapoptósicos, como BCL2. La regulación de p53 por los mir34 explica, cómo p53 es capaz de reprimir la expresión génica, y la regulación de este ARNmi es crucial para la respuesta a p53.

Los iniciadores clave de la vía de lesión del ADN son dos proteínas cinasas relacionadas: mutada de la ataxia-telangiectasia (ATM) y relacionada con la ataxia-telangiectasia y Rad3 (ATR).

Las personas con esta enfermedad, que se caracteriza por una incapacidad para reparar ciertos tipos de lesión del ADN, sufren una incidencia aumentada de cáncer. Una vez activadas, ATM y ATR fosforilan diversas dianas, incluyendo p53 y las proteínas de reparación del ADN. La fosforilación de estas dos dianas conduce a una pausa en el ciclo celular y a la estimulación de las vías de reparación del ADN, respectivamente.

La detención del ciclo celular mediada por p53 puede considerarse la respuesta primordial a un daño del ADN. Se produce tardíamente en la fase G1 y está causada principalmente por la transcripción dependiente de p53 del inhibidor de CDK CDKN1A (p21). p21 inhibe los complejos ciclina-CDK y la fosforilación de RB, impidiendo así que las células entren en fase G1.

Esta pausa en el ciclo celular da a las células un «tiempo de respiro» para reparar el daño del ADN. p53 también ayuda en el proceso mediante la inducción de ciertas proteínas, como GADD45 (growth arrest and DNA damage -detención del crecimiento y daño del ADN), que ayudan a la reparación del ADN. 75 p53 también puede estimular las vías de reparación del ADN mediante mecanismos independientes de la transcripción. Si el daño del ADN se repara con éxito, p53 regula positivamente la transcripción de MDM2, conduciendo a su propia destrucción y, por tanto, liberando el bloqueo del ciclo celular. Si la lesión no puede repararse, la célula puede entrar en senescencia inducida por p53 o sufrir apoptosis dirigida por p53.

La senescencia inducida por p53 es una detención permanente del ciclo celular caracterizada por cambios específicos en la morfología y la expresión génica que la diferencia de la quiescencia o detención reversible del ciclo celular. La senescencia requiere la activación de p53 y/o RB y la expresión de sus mediadores, como los inhibidores de CDK, y generalmente es irreversible, aunque puede requerir la expresión continuada de p53. Los mecanismos de la senescencia no son claros, pero incluyen cambios epigenéticos que dan lugar a la formación de heterocromatina en diferentes loci en todo el genoma.

Estos focos de heterocromatina asociados a la senescencia incluyen genes proproliferativos regulados por E2F; esto altera drástica y permanentemente la expresión de estas dianas de E2F. Como todas las respuestas a p53, la senescencia puede estimularse en respuesta a una variedad de tensiones, como señales oncógenas sin oposición, hipoxia y telómeros acortados.

La apoptosis inducida por p53 de las células con daño irreversible del ADN es el mecanismo protector final contra la transformación neoplásica. p53 dirige la transcripción de varios genes proapoptósicos, como BAX y PUMA (nombre aprobado BBC3). La afinidad de p53 por los promotores e intensificadores de los genes de reparación del ADN es más fuerte que su afinidad por los genes proapoptósicos. Por ello, primero se estimula la vía de reparación del ADN, mientras p53 continúa acumulándose. Finalmente, si el daño del ADN no se repara, se acumula suficiente p53 para estimular la transcripción de los genes proapoptósicos y la célula muere. Estas respuestas diferenciales pueden estar relacionadas con las funciones de otros miembros de la familia p53 expresados en diferentes tipos celulares cómo p63 (principalmente en las células de epitelio escamoso estratificados) y p73 (efectos proapoptósicos).

WT1:

Su función principal, es en la transcripción nuclear. El gen WT1, localizado en el cromosoma 11p13.

La proteína WT1 es un activador de la transcripción de genes implicados en la diferenciación renal y gonadal. Regula la transición mesenquimatosa a epitelial que tiene lugar en el desarrollo del riñón. Es probable que el efecto oncógeno de la defi ciencia de WT1 esté íntimamente conectado con el papel del gen en la diferenciación de los tejidos genitourinarios. Se ha demostrado una sobreexpresión de WT1 en una variedad de cánceres de los adultos, incluyendo leucemias y carcinomas de mama. Puesto que estos tejidos normalmente no expresan WT1 en absoluto, se ha sugerido que WT1 puede funcionar como un oncogén en estos cánceres.

p16/INK4a

Regulación del ciclo celular mediante inhibición de cinasas dependientes de la ciclina. Cómo ya se comentó en el gen supresor RB1.