Modos de acción de los oncogenes en tumores humanos asociados

FACTORES DE CRECIMIENTO

Los factores de crecimiento estimulan a células normales a proliferarse. Las células cancerosas adquieren también la capacidad de producir factores de crecimiento, lo que genera un ciclo autocrino. 

El ciclo autocrino es un elemento importante en la patogenia de varios tumores, la mayoría de los casos no está alterado ni mutado el propio gen de factores de crecimiento. Los productos de otros oncogenes que se sitúan a los largo de muchas vías de transducción causan una sobreexpresión de los genes de factores de crecimiento, esto genera que las células sinteticen grandes cantidades de dichos factores. 

La proliferación que estimula los factores de crecimiento contribuye al fenotipo maligno mediante un incremento de riesgo de mutaciones espontáneas o inducidas en la población celular en proliferación. 

A continuación, se muestra una tabla en donde se se explica la clasificación de estos factores de crecimiento y los tumores que se ven asociados. 

En 1948, se aisló y se caracterizó el factor de crecimiento derivado de plaquetas tipo B (PDFG-B), y como resultado del análisis de su secuencia se mostró que era idéntica a la del oncogén V-SIS. El oncogén SIS fue el primer oncogén que fue asociado a las funciones de las células normales. Las células que expresan el oncogén SIS son transformadas por medio de un mecanismo de estimulación autocrino por parte del PDGF-B, ya que la misma célula que expresa el oncogén también presentan receptores para PDFG-B en la superficie. Este mecanismo produce una autoestimulación constitutiva que puede llevar al crecimiento maligno de las células. 

En fibroblastomas y glioblastomas se ha observado sobreexposición de PDGF-B. En los mesoteliomas se encuentra sobreexposición de PDGF-A, el cual también es habitualmente expresado en las células normales. 

Otros factores de crecimiento con capacidad oncogénica son los de la familia de los factores de crecimiento de fibroblastos (FGF), entre los que se ha localizado tres formas oncogénicas: int-2, hst y fgf-g. Una elevada expresión de TNF, el cual es miembro de la familia del factor de crecimiento epidérmico (EGF), se ha encontrado en ciertos carcinomas. El factor de crecimiento wnt-1 y otros miembros de su familia, se han relacionado con retinoblastoma, cáncer de estómago, fibroadenomas, entre otros. (1)

RECEPTORES DEL FACTOR DE CRECIMIENTO

          Los receptores del factor de crecimiento en las células normales y en las cancerígenas son prácticamente las mismas, ambas son transmembrana con dominios externos de unión al ligando y dominios internos citoplasmáticos con unión a tirosina cinasa; con la única diferencia que el receptor transmembrana codificado a partir de un oncogén no necesita del factor de crecimiento para realizar sus funciones a partir de la tirosina cinasa. Es decir, este receptor transmembrana normalmente se activaría momentáneamente debido al estímulo del factor de crecimiento seguida de la dimerización y consecuente fosforilación con tirosina de varios sustratos que forman parte de la cascada de señalización. Por otra parte los receptores mutados u oncógenas de estos receptores se asocian a la dimerización y activación sin unión al factor de crecimiento.

Los receptores pueden activarse por mutaciones, redistribución genética o sobreexpresión; por ejemplo el protooncogén RET es un receptor de tirosina cinasa para el factor neutrófico derivado de la línea celular glial durante el desarrollo neural  que puede mutar, causando así que la proteína RET que se codifica a través de ella, se asocie a las neoplasias endocrinas múltiples (NEM) tipo 2A y 2 B, así como también está presente en el carcinoma medular de tiroides familiar. El NEM tipo 2A causa dimerización y activación constitutivas conduciendo a carcinomas medulares de la tiroides y tumores suprarrenales y paratiroideos. El NEM 2B por su parte altera el sustrato especifico de la tirosina cinasa y conducen tumores tiroideos y suprarrenales sin alteración de las paratiroides.

Así también se han encontrado mutaciones en genes que codifican diferentes receptores, como en la leucemia, el FLT3 que codifica el receptor de tirosina cinasa similar al FMS, en esta el receptor PDGF está unido a un segmento de transcripción de ETS, causando una dimerización permanente de PDGF.

PROTEÍNAS IMPLICADAS EN LA TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL

Se han encontrado varios ejemplos de oncoproteínas que imitan la función de las proteínas transductoras de señal citoplasmáticas normales. En su mayoría, estas proteínas se localizan estratégicamente en la capa interna de la membrana plasmática, donde reciben señales del exterior de la célula y las transmiten al núcleo de la célula. 

La oncoproteína transductora de señal mejor estudiada es la familia RAS de proteínas que se unen a la guanosina trifosfato (proteínas G).

El oncogén RAS: los genes RAS, de los cuales existen tres (HRAS, KRAS, NRAS), la mutación puntual de estos genes es la anomalía aislada más frecuente de los protooncogenes en tumores humanos.

RAS tiene un importante papel en las cascadas de señales a favor de corriente de los receptores de factor de crecimiento, dando lugar a mitosis. El ciclo ordenado de la proteína RAS depende de dos reacciones: 1) intercambio de nucleótidos, que activa la proteína RAS, y 2) hidrolisis de GTP, que convierte el RAS activo, unido a GTP, en la forma inactiva, unida a GDP.

Se han identificado varias mutaciones puntuales de RAS diferentes en las células cancerosas. Los residuos afectados se sitúan en el bolsillo de unión de GTP o bien en la región  enzimática esencial para la hidrolisis de GTP, y por ello reducen considerablemente la actividad GTPasa de la proteína del RAS.

Alteraciones de las tirosina cinasas sin receptor: en algunos casos las mutaciones se deben a translocaciones o reordenamiento cromosómicos que dan lugar a genes de fusión que codifican tirosina cinasas activas de forma constitutiva. Un ejemplo importante de este mecanismo oncógeno implica la tirosina cinasa c-ABL.  

TABLA NO. 1

PROTEÍNAS INVOLUCRADAS EN LA TRADUCCIÓN DE LA SEÑAL.

PROTEINAS REGULADORAS NUCLEARES

La p53 es una de las principales proteínas relacionadas con los mecanismos de regulación de “puntos control” o check-points del ciclo celular, que centraliza la coordinación de otros procesos relacionados con el daño celular como son la reparación de daños en las bases o roturas dobles de cadena, la progresión del ciclo celular y la muerte por apoptosis. Es comúnmente denominado el “guardián del genoma”, porque mantiene la estabilidad genética celular. Su relación con el cáncer es bien conocida por la alta frecuencia de alteraciones observadas, como por la frecuencia de aparición de tumores en personas con mutaciones germinales de p53 (Síndrome Li-fraumeni). Además, en tumores que no muestran mutaciones del gen, la función de la proteína puede estar alterada debido a su secuestro citoplasmático por oncoproteínas virales.

La proteína Bcl-2, es también un importante regulador de control y su gen codificador está en el cromosoma 18. En condiciones normales, la expresión de Bcl-2 disminuye cuando las células están maduras o cuando tienen que ser eliminadas, mientras que se expresa en células que deben sobrevivir, como las células hematopoyéticas precursoras y las células del sistema nervioso.Bcl-2 tiene un importante papel en la embriogénesis, donde la mayoría de las células expresan altos niveles de Bcl-2. En general, las células que la expresan bloquean la apoptosis por lo que promueven la supervivencia celular, facilitando la adquisición de mutaciones y la transformación maligna.

Bax (Bcl-2 associated X protein) es una proteína cuyo gen codificador está en el cromosoma 19. Aunque posee una alta homología con la proteína Bcl-2 carece del dominio BH4. Participa en la ruta de apoptosis mitocondrial induciendo la liberación del citocromo C. Se ha observado que Bax se asocia con el complejo del poro de la mitocondria (PT) que participa en la regulación del Ca²⁺ de la matriz, ph, potencial de membrana mitocondrial, etc. La proteína Bax se une a un componente de este complejo  induciendo la apertura del poro con la consiguiente rotura del potencial de membrana mitocondrial y liberación de moléculas pro-apoptóticas como el citocromo C.

    REGULADORES DEL CICLO CELULAR

¿Qué es el ciclo celular?

     El ciclo celular es un proceso que consiste en la división de una célula para crear una copia exacta de sí misma, permitiendo crecer y así reemplazar a las células a medida que se desgastan. En los animales, el ciclo normalmente se completa en alrededor de 24 horas para los distintos tipos celulares, aunque algunas, como las de la piel o las tumorales se mantienen en división constantemente.

     La mitosis comienza con células en reposo (Fase G0), las cuales deben de ser estimuladas por factores de crecimiento para lograr entrar en el ciclo, esto da inicio al período de crecimiento (Fase G1) en el que la célula se prepara para un período de síntesis de ADN (Fase S). Cerca del final de G1, existe un punto de restricción (R), en que el ADN es reparado en caso este dañado, de no ser así el ciclo sigue en adelante. Una vez los cromosomas han sido duplicados, la célula entra a un segundo período de crecimiento (Fase G2), cuando se prepara para dividirse en dos células hijas durante el periodo de mitosis (Fase M). Esta fase se divide en una serie de pasos que comienzan con la profase, luego metafase, anafase, telofase y por último, citocinesis, que divide la célula en dos iguales.

                                                                                                                                    

CELL CYCLE

Regulación del ciclo celular y el cáncer

     El proceso del ciclo celular está controlado por diversos factores de crecimiento, que se encargan de determinar el comportamiento de la célula, desde la decisión de crecer, diferenciarse o morir por apoptosis. Todos los factores realizan su mecanismo de regulación a través de ciertas proteínas que pueden ser positivas o negativas.

     Entre las proteínas regulatorias con mayor importancia podemos encontrar las ciclinas, que conforman la subunidad regulatoria de otras proteínas conocidas como proteínas cinasas dependientes de ciclinas (CDK).  Además de las ciclinas, existe un grupo de genes conocidos como de respuesta temprana, cuyo papel es muy importante en las fases tempranas del ciclo celular, y que al igual que las anteriores son activados por los factores de crecimiento. Los ARN mensajeros tempranos incluyen c-fos, c-jun y c-myc, los cuales aparecen pocos minutos después de la estimulación mitogénica. Se ha demostrado que la inducción del ARNm del gene c-myc es necesaria y suficiente para la transición de la fase G1 a S. Por otro lado, existen proteínas cuya acción principal es la supresión tumoral como la proveniente del gen del retinoblastoma RB y la familia de las proteínas p53, que actúan regulando la fase G1.

A continuación se explicaran brevemente los principales reguladores del ciclo celular.

Ciclinas y Cdk

     La progresión del ciclo celular se activa de manera directa por una serie de heterodímeros formados por las ciclinas y las cinasas dependientes de ciclinas (CDKs).

     La ciclina D actúa como un sensor de crecimiento y provee una unión entre la estimulación de la mitosis y el ciclo celular. La decisión de una célula para entrar en fase S está estrechamente controlada por la ciclina D1 que se une a la CDK4 y CKD6 en la fase G1 y la ciclina E unida a CDK2, seguido del complejo ciclina A-CDK2 a lo largo de la fase S. La ciclina D, al formar el complejo con las CDK, activa la acción de la cinasa cuyo sustrato principal es la proteína retinoblastoma (Rb). Las aberraciones en la expresión de la ciclina D1 han sido registradas en diversos canceres humanos. Por ejemplo, en muchos tumores de mama y en el desarrollo de la mama durante el embarazo, se da una sobreexpresión de la ciclina D. La ciclina D2 y la D3 también presentan una sobreexpresión en casos de cáncer de colon y mama y en leucemias mieloides agudas. Tanto la ciclina A como la E se sobre expresa en el carcinoma de pulmón.

     Los reguladores negativos tales como la RB y los CDKI actúan como una barrera energética potencial en los complejos ciclinas-CDK para inducir la entrada al ciclo celular. Cuando estas barreras son removidas debido a una mutación, se reduce la actividad cinasa de las CDK que es necesaria para entrar al ciclo, dándose una regulación negativa. Cuando las células que no están proliferando regresan a un estado proliferativo o se incrementan los niveles de ciclinas y/o se disminuyen los CDKI o la función de la RB, las células son capaces de entrar a un estado maligno por la alteración de sus inhibidores.

Proteína rb

     La proteína el retinoblastoma (RB) se encarga de la supresión tumoral al inhibir la proliferación celular promoviendo la senescencia y la diferenciación. La RB es fosforilada después de un estímulo mitogénico, promovido por la unión de ciclina D-CDK, pero se degrada en respuesta a un estímulo de muerte. En el estado hipofosforilado, la proteína supresora de tumores Rb, está activa y lleva a cabo su función mediante la inhibición de la progresión del ciclo celular, bloqueando a los factores de transcripción E2F1, E2F2 y E2F3a, que son esenciales para la expresión de genes que le darán continuidad al ciclo. En el momento en que se fosforila, el gen del retinoblastoma (pRb) libera a E2F, lo cual lleva a la trascripción de genes críticos para la progresión de células de la fase G1 a la fase S del ciclo celular.

     Se cree que la alteración en la función de Rb se puede deber a una mutación del gen p16. El gen p16 se encuentra relacionado con el ciclo celular. Su función es la inhibición de las cinasas dependientes de ciclinas 4 y 6, lo cual evita la fosforilación de la pRb e impide la progresión del ciclo celular desde la fase G1 a la fase S.

P53

     El sistema de vigilancia de la proteína p53 se encuentra constantemente comprobando el rendimiento óptimo de todos los procesos del ciclo celular y particularmente aquellos relacionados con la síntesis de ADN. Su incremento inhibe la progresión de G1 a S en las células con ADN dañado, lo que previene la acumulación de este ADN en las siguientes generaciones. Este sistema es sensible tanto al estrés celular proveniente de fuentes endógenas como exógenas, que a menudo resulta en el daño genético. Si este daño no es demasiado grave, la p53 detiene el ciclo celular, mientras el daño es reparado. Sin embargo, si el daño es demasiado grave, la célula es impulsada hacia la senescencia o la apoptosis inducida por p53, esto debido a su interacción directa con la endonucleasa AP y la ADN polimerasa que están implicados en la reparación por escisión. La p53 también induce proteínas como GADD45 que colaboran en la reparación del ADN. Si el daño se repara correctamente, p53 estimula la síntesis de Mdm2, activando su autodestrucción y la progresión en el ciclo celular. Si el daño no puede ser reparado, la célula puede entrar en apoptosis o en senescencia, ambos inducidos por p53.

     La pérdida de la función de la p53 por mutación o inactivación produce inestabilidad genómica, apoptosis débil y restricción del ciclo celular. La alteración de la p53 es la mutación más común en el cáncer humano. Alrededor de la mitad de todas las malignidades humanas, incluyendo muchos cánceres urológicos, tienen mutaciones en la p53.

REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR

PERDIDA DE LA REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR Y CANCER

Referencias Bibliográficas:

1.     Centro de investigación del cáncer. Factores de crecimiento.  [en línea] 2017. Universidad de Salamanca: España. [Citado 15 de agosto 2017]. Disponible en: http://www.cicancer.org/es/factores-de-crecimiento

2. Vermeulen K, Dirk R, Bockstaele V, Berneman Z. The cell cycle: a review of regulation, deregulation and therapeutic targets in cancer. [en línea] 2003. Cell Prolif: Estados Unidos. [Citado 15 de agosto 2017] 36. 131-149. Disponible en:http://www.bath.ac.uk/bio-sci/hejmadi/cell%20cycle%20%26%20cancer%20rev.pdf

3. Laguna Cruz M, Valle Mendiola A, Soto Cruz I. Ciclo celular: mecanismos de regulación. [en línea] 2014.Rev. Vertientes:México. [Citado 15 de agosto 2017]   17 (2): 98-107. Disponible en:http://www.medigraphic.com/pdfs/vertientes/vre-2014/vre142e.pdf 

4. López Marure R. La regulación del ciclo celular y el cáncer. México:Rev. Vertientes. 2003.  6(1): 40-44.