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 carcinogenia.

A diferencia de aquellos tumores causados como resultados de alteraciones de los oncogenes, donde una mutación que active un simple alelo es dominante sobre su variante sana y la tumorigénesis resulta de la ganancia de una función, existen tumores que son causados por un mecanismo diferente como la pérdida de ambos alelos en un locus (lo cual tiene acción tumorigénica). La propensión para formar tales tumores puede ser heredado a través de la línea germinal y esto también puede ocurrir como resultado de cambios somáticos en el individuo. Tales casos identifican genes supresores de tumores: secuencias genómicas cuyos productos son necesarios para el funcionamiento normal de la célula y cuya pérdida de función causa tumores.

La principal función de los genes supresores tumorales es aplicar frenos a la proliferación celular. Estos inhiben el crecimiento y la proliferación en su forma normal. Durante el proceso tumoral se suelen inactivar por mutación puntual o deleción y, en  general, se requiere la inactivación de los dos alelos. Muchos casos de predisposición hereditaria suelen estar ligados a este tipo de genes. Algunos genes supresores tumorales como el RB y el p53 reconocen la tensión genotóxica de cualquier origen y responden clausurando la proliferación, de manera que cuando se expresa un oncogén en una célula normal, los genes supresores tumorales, la conducen a la quiescencia para finalmente empujarlas a través de vías inhibitorias del crecimiento, a la apoptosis.

Los productos proteicos de los genes supresores tumorales pueden funcionar como:

·        Factores de transcripción

·        Inhibidores del ciclo celular

·        Moléculas de transducción de señal

·        Receptores de superficie celular

·        Reguladores de la respuesta celular al daño del ADN

Algunos de los genes supresores más importantes, junto con sus síndromes y tipos de tumor se mencionan en la siguiente tabla:

Síndrome de Cáncer Familiar	Gen Supresor de Tumores	Función	Localización en Cromosoma	Tipos de Tumor
Síndrome Li-Fraumeni	P53	regulación del ciclo celular, apoptois	17p13.1	tumores cerebrales, sarcomas, leucemia, cáncer de seno
Retinoblastoma Familiar	RB1	regulación del ciclo celular	13q14.1-q14.2	retinoblastoma, sarcoma osteogénico
Tumor de Wilms	WT1	regulación transcripcional	11p13	cáncer de riñón pediátrico, forma más común de tumor sólido infancia
Neurofibromatosis Tipo 1	proteína NF1 = neurofibromina 1	cataliza inactivación de RAS	17q11.2	neurofibromas, sarcomas, gliomas
Neurofibromatosis Tipo 2	proteína NF2 = neurofibromina 2	unión entre la membrana celular y la actina del citoesqueleto	22q12.2	tumores de células de Schwann, astrocitomas, meningiomas, ependimomas
Poliposis Adenomatosa Familiar	APC	señalización por moléculas de adhesión al núcleo	5q21-q22	cáncer de colon
Cáncer de seno familiar	BRCA1	control del ciclo celular, control de degradación de proteínas, reparación de DNA dañado y regulación de transcripción; interactúa con Rad51 en la reparación del DNA	17q21	cáncer de seno y ovario
Cáncer de seno familiar	BRCA2	regulación de transcripción de genes involucrados en la reparación del DNA y recombinación homologa	13q12.3	cáncer de seno y ovario
Síndrome de Cowden	PTEN	fosfoinositol 3-fosfatasa, proteína tirosinfosfatasa	10q23.3	gliomas, cáncer de seno, cáncer de tiroides, carcinoma escamoso de cabeza y cuello
cáncer de colon hereditario no poliposo tipo 1, HNPCC1	MSH2	reparación de DNA mal pareado	2p22-p21	cáncer de colon
cáncer de colon hereditario no poliposo tipo 2, HNPCC2	MLH1	reparación de DNA mal pareado	3p21.3	cáncer de colon
cáncer gástrico tipo difuso familiar	proteína CDH1 = E-cadherina	proteína de adhesión célula - célula	16q22.1	cáncer gástrico, cáncer lobular de seno
Síndrome de von Hippel-Lindau	VHL	regulación de transcripción elongación por la activación de un complejo ligasa ubiquitina	3p26-p25	canceres renales, hemangioblastomas, feocromocitomas, angioma de retina
Melanoma familiar	p16INK4a, también llamado CDKN2A = inhibidor de cinasa dependiente de ciclina 2A	regulación del ciclo celular	9p21	melanoma, cáncer de páncreas, otros

En el conocimiento de los genes supresores se han dado algunos pasos importantes. Los estudios moleculares han identificado hasta la fecha más de 17 genes supresores de tumores implicados directamente en el cáncer humano. Ellos codifican para una serie de proteínas localizadas en distintas regiones dentro de la célula, tanto en el citoplasma como en el núcleo.

Los 2 genes mejor caracterizados de esta clase codifican para las proteínas p53 y RB.

Gen supresor tumoral RB: primer supresor tumoral descubierto.

Este se descubrió estudiando una enfermedad rara, el retinoblastoma. En esta enfermedad 60% de los casos se da de forma esporádica y el 40% restante por medio de herencia familiar autosómica dominante. Existe una hipótesis que trata de explicar la aparición esporádica o la herencia genética de un tumor, la hipótesis de la oncogenia en dos golpes, que explica en el caso de mutaciones en el gen RB:

·     Deben haber al menos dos mutaciones que afectan ambos alelos de RB en el locus 13q14, para que se produzca un retinoblastoma.

·      En casos familiares, se hereda la forma defectiva del gen RB en la línea germinal, y se da el retinoblastoma cuando el alelo RB que estaba normal sufre una mutación somática espontánea.

·       En casos esporádicos ambos alelos RB normales deben sufrir mutacion somática en el mismo retinoblasto.

En general se puede decir que el cáncer se desarrolla cuando la célula se convierte en homocigota para el alelo mutante, o sea que pierde su heterocigosidad para el gen normal. Esta pérdida condordante y no aleatoria proporciona las claves importantes para la localización de varios genes supresores tumorales.

Las mutaciones en el genoma en el locus RB ocurren predominantemente durante la espermatogénesis sin embargo, las mutaciones somáticas ocurren con igual frecuencia en el locus paterno o materno. Por el contrario, las mutaciones somáticas en RB en osteosarcomas esporádicos ocurren preferentemente en el locus paterno.

El producto proteico del gen RB, la proteína RB, es una fosfoproteína nuclear que se expresa de forma ubicua y tiene un papel clave en la regulación del ciclo celular. Esta proteína puede estar en 2 estados:

·        Hipofosforilada activa, en células quiescentes.

·        Hiperfosforilidad inactiva, en la transición del ciclo celular de la fase G₁ a S.

Se cree que esta transición de la fase G1 a S es un punto extremadamente importante en en el reloj del ciclo celular. En G1 se integran diversas señales para determinar si la celula sigue en el ciclo celular, sale de él y se diferencia o muere, y es aquí que RB toma función.

El control ejercido por RB se realiza a través del factor de transcripción E2F de la siguiente manera:

Durante G₁ temprana del factor de transcripción E2F es inhibida por interacción con RB en el citosol. La activación del complejo ciclina-CDK G (ciclina D-CDK4/6) resulta en la fosforilación de RB, que luego libera E2F. Libre de RB, E2F migra al núcleo donde activa la transcripción de varios genes incluyendo el gen de la ciclina E y el propio gen E2F. La autorregulación de E2F permite la actividad de alto nivel de esta célula fundamental factor regulador del ciclo. Además, la activación de la ciclina E resultados de la expresión en la formación de los activos complejos de ciclina E-CDK2 que mantienen Rb fosforilada ocupándose del tránsito a través de la fase S de la ciclo celular. Si RB está ausente o su capacidad para regular factores de transcripción E2F está descarrilada, se liberan los frenos moleculares del ciclo celular y la celula se desplaza a través del ciclo celular.

Gen supresor tumoral p53: guardián del genoma.

El gen p53 se localiza en el cromosoma 17p13.1 y es la diana mas frecuente para la alteración genética en tumores humanos ya que se ha demostrados que un poco mas del 50% de los tumores humanos contienen mutaciones de este gen. En la mayoría de los casos su mutacion es inactivadora que afecta ambos alelos p53 y son adquiridas en las células somaticas. Es menos frecuente la herencia de un alelo p53 mutante, pero cuando se da predispone a los individuos a desarrollar tumores malignos, pues solo necesita de un golpe adicional para inactivar al segundo alelo, estos individuos sufren del síndrome de Li-Fraumeni el cual les confiere una probabilidad 25 veces mayor que la población en general a desarrollar un tumor maligno antes de los 50 años. En este síndrome los tipos de cáncer más frecuentes son: sarcomas, cáncer de mama, leucemia, tumores cerebrales y carcinomas da la corteza suprarrenal.

El p53 actua como un policía molecular que impide la propagación de células genéticamente dañadas pues es un factor de transcripción que está en el centro de una gran red de señales que detectan tensión celular como, daño del ADN, telomeros cortos e hipoxia.

En células sana p53 tiene una vida media corta de 20 minutos regulada por la proteína MDM2 que la degrada. Cuando MDM2 esta sobreexpresada se da una disminución de la p53 no mutada y por consiguiente una neoplasia maligna.

En general p 53 frustra la transformación neoplásica mediante tres mecanismos entrelazados:

·         Activación de la detención transitoria del ciclo celular

·         Inducción de una detención permanente del ciclo celular

·         Desencadenamiento de la muerte celular programada.

La fosforilación también regula la actividad de p53. El nivel de p53 es bajo después de la mitosis pero aumenta durante G1. Durante la fase S, la proteína es fosforilada por el complejo del ciclina-CDK de la fase-M del ciclo celular y también por la cinasa de caseína II. Las secuencias del N-terminal de la proteína p53 funcionan como un activador de transcripción lo que indica el papel de la p53 en la transcripción de genes implicados en la supresión del crecimiento celular. Un gen importante de regulación del ciclo célular que es un blanco para la p53 es la proteína inhibitoria de CDK (CIP), p21CIP. La activación de p53 da lugar a la expresión creciente de p21 CIP lo que resulta en la detención del ciclo celular en las fases G1 y G2.

Está comenzando a entenderse la forma en  que p53 detecta el daño del ADN y determina si la reparación del ADN es adecuada. Los iniciadores clave de la via de lesión del ADN son dos proteína cinasas relacionadas: mutada de la ataxia-telangiectasia (ATM) y relacionada con la ataxia-telangiectasia y Rad 3 (ATR). Como su nombre implica, el gen ATM se identifico originalmente como la mutación en la línea germinal en individuos con ataxia-telangiectasia. 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. Los tipos de daño detectados por ATM y ATR son diferentes, pero las vías proximales que activan son similares. Una vez activadas, ATM y ATR fosforilan diversas dianas, incluyendo p53 y las proteínas de reparación del ADN. La fosforilacion de estas dos dianas conduce a una pausa en el ciclo celular y a la estimulación de las vías de reparación del ADN, respectivamente.

En resumen, p53 relaciona el daño celular con la reparación del ADN, la detención del ciclo celular y la apoptosis. En respuesta al daño del ADN, p53 es fosforilado por genes que detectan la lesión y están implicados en la reparación del ADN. P53 ayuda a la reparación del ADN causando una parada en G1 e induciendo los genes de reparación del ADN. Una célula con ADN dañado que no puede repararse es dirigida por p53 para sufrir apoptosis. A la vista de estas actividades, p53 se ha llamado justamente un guardián del genoma. Con la perdida de función de p53, el daño del ADN queda sin reparar, las mutaciones se acumulan en las células en división y la célula camina a lo largo de un callejón sin salida que conduce a la transformación maligna.

Via de la APC/b-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. Las mutaciones de los loci APC en la lines germinal se asocian con la poliposis adenomatosa familiar, en la que todos los individuos nacidos con un alelo mutante desarrollan miles de pólipos adenomatosos en el colon dutante la adolescencia o la tercera década de la vida (poliposis adenomatosa familiar). Casi invariablemente, uno o más de estos pólipos sufre transformación maligna, dando lugar a un cáncer de colon. Como con otros genes supresores tumorales, deben perderse ambas copias del gen APC para que se origine un tumor.
Una función importante de la proteína APC es regular negativamente a la b-catenina. En ausencia de señales WNT, APC causa la degradación de b-catenina, evitando su acumulación en el citoplasma. Para ello se forma un complejo macromolecular con b-catenina, axina y GSK3b, el cual conduce a la fosforilacion y finalmente ubicuitinación de b-catenina y destrucción por el proteasoma.

Algunos genes supresores tumorales que están asociados con síndromes clínicos bien definidos se describen brevemente a continuación:

INK4a/ARF: Tambien llamado locus del gen CDKN2A, el locus codifica dos productos proteicos, ek CDKI p 16/INK4a, que bloquea la fosforilacion de RB mediada por ciclina D/CDk2, mantiene en su lugar el punto de control RB. El segundo producto génico, p14/ARF, activa la via p53 al inhibir a MDM2 e impedir a destrucción de p53.

La vía TGF-B: En la mayoría de las células epiteliales, endoteliales y hematopoyéticas normasles, TGF-B es un potente inhibidor de la proliferación. Regula los procesos celulares mediante la unión a un complejo serina-treonina cinasa compuesto de receptores TGF-B I y II. La dimerización del receptor por la unión del ligando conduce a la activación de la cinasa y la fosforilacion de receptores SMAD. Mediante fosforilacion, los R-SMAD pueden entrar en el núcleo, unirse a SMAD 4 y activar la transcripción de genes, incluyendo los CDKI p21 y p15/INK4b.

PTEN: (homólogo de la fosfatasa y la tensina) es una fosfatasa asociada a la membrana, codificada por un gen del cromosoma 10q23 que esta mutado con el síndrome de Cowden, un transtorno autosomico dominante marcado por crecimiento benignos frecuentes, como tumores de los apéndices cutáneos, y por un aumento de incidencia de canceres epiteliales, particularmente de mama, endometrio y tiroides. PTEN actua como supresor tumoral al servir como freno en la via promotora de la supervivencia y el crecimiento PI3K/AKT.

NF1: Una mutacion desarrollan neurofibromas benignos numerosos y gliomas del nervio óptico como resultado de inactivación de la segunda copia del gen.

NF2: Las mutaciones predisponen al desarrollo de neurofibromatosis tipo 2.

VHL: Las mutaciones se asocian con canceres de células renales, feocromacitomas, hemangioblastomas del sistema nervioso central, angiomas retinianos y quistes renales hereditarios.

Patched (PTCH): PTCH 1 y 2 son genes supresores tumorales que codifican una proteína de membrana celular (PATCHED) que funciona como receptor para una familia de proteínas llamada Hedgehog. La via Hedgehog/PATCHED regula varios genes, incluyendo TGF-B y PDGFRA y PDGFRB. Las mutaciones de PTCH están relaiconadas 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.