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Exploring the Genomes of Cancer Cells: Progress and Promise
El cáncer una enfermedad genética, aparece como un clon de
células que se expanden de forma irregular y descontrolada
debido a mutaciones somáticas:
●
Sustituciones.
●
Inserciones y deleciones.
●
Reorganizaciones debidas a ruptura y unión anormal del
DNA.
●
Cambios en el número de fragmentos de DNA.
Incluye cambios epigenéticos y que se heredan de forma estable
en la replicación mitótica del DNA.
Objetivos:
●
Revisión sobre los progresos realizados acerca
del origen y comportamiento de las células
cancerosas.
●
Aplicaciones de la información genética en
terapia.
Cristina Conde López
Genómica 3º Curso, Grado en Bioquímica
Mecanismos para el estudio de genomas de cáncer
●
Estudio citogenético de los cromosomas de células
cancerosas. Reveló anormalidades en el número de
cromosomas y la presencia de reordenamientos
somáticos. Dos tipos:
Genomas muy
desordenados
●
Pocas
anormalidades
●
Tecnologías de secuenciación de DNA de segunda
generación: permite encontrar sustituciones de bases e
indels en exones codificantes. No los detecta en regiones
que no codifican y se necesitan otro tipo de análisis.
●
PCR: permite ampliar y secuenciar los exones
codificantes de muchos genes que codifican proteínas.
Tecnología de DNA recombinante: aislar y secuenciar las
regiones reordenadas, lo que llevó a la identificación de
genes cancerosos reordenados.
●
Estudio del transcriptoma ( RNA codificante): permite
la detección de sustituciones que tienen un nivel alto
de mRNA y puede señalar reordenamientos que sean
transcritos.
El Número de mutaciones en genomas de cáncer
●
Entre 1000 y 10000 mutaciones: mama, ovario, colorectal, páncreas y glioma.
●
Pocas mutaciones: meduloblastomas, tumores en células germinales testiculares, leucemias y carcinomas.
●
Muchas mutaciones (incluso más de 100000 mutaciones): cáncer de pulmón y melanomas.
Aún así vemos distintos niveles de sustituciones en distintos tumores dentro del mismo tipo de cáncer.
Genomas cancerosos con muchas mutaciones se deben a
exposiciones a productos mutagénicos:
❖
Luz ultravioleta (UV): melanoma.
❖
Carcinógenos del tabaco: cáncer de pulmón.
❖
Mecanismos de reparación del DNA defectuoso: cáncer
colorectal.
❖
Terapia con agentes que dañan el DNA: gliomas.
Hay tumores con muchas mutaciones con causa desconocida.
La razón de que algunos tipos de cáncer tengan
relativamente pocas mutaciones no está del todo claro.
Algunos son de niños y adolescentes por lo que se puede
suponer que las células han sufrido pocas divisiones.
Diferencias entre las células con distintos niveles de
mutaciones:
➔
Diferencias entre cánceres individuales en la
tasa de mutación en las divisiones celulares
que han ocurrido entre el óvulo fertilizado y la
célula cancerosa.
➔
Diferencias en el número de mitosis.
El Catálogo de genes de cáncer
Se produce por mutaciones adicionales (a las que ocurren en
células normales) que se acumulan en el genoma de células
cancerosas mientras estas se dividen. El número de
mutaciones se puede ver incrementado por factores tanto
exógenos como endógenos.
En este trabajo hablamos de dos tipos de mutaciones:
Estrategia de detección de driver mutations:
se parte de la idea que
mutaciones pasajeras
se distribuyen de
manera aleatoria
mutaciones driver se
localizan en clusters en
los genes cancerosos
Se rastrean los genomas cancerosos buscando cluster
de mutaciones que se espera que estén solas de esta
forma se detectan este tipo de mutaciones.
Problema: las mutaciones pasajeras
●
●
Mutaciones “driver”: mutaciones que por azar han
ocurrido en una serie de genes clave (genes
cancerosos), revierten el control normal de la
proliferación celular, diferenciación y muerte y llevan a
crecimiento descontrolado.
Mutaciones pasajeras: no han hecho que la célula
derive a célula cancerosa, sirven para saber el número
de divisiones que encontramos desde el óvulo
fertilizado hasta la célula cancerosa.
pueden encontrarse también siguiendo
este patrón de clusters.
Conclusión: método eficaz, pero son
necesarios otros filtros.
Clasificación de los genes de cáncer:
●
●
Genes cancerosos dominantes: mutación sólo es
necesaria en uno de los alelos de la célula normal para
que esta mute y suele activar la expresión de la proteína
codificada por el gen.
Genes cancerosos recesivos o genes supresores de
tumor: requieren que ambos alelos parentales
presenten mutación y normalmente resultan en la
inactivación de la proteína transcrita.
BRAF, EGFR; ERBB2,
PIK3C…
Detectados mediante
secuenciación
sistemática
SERD2, KDM6A,
KDM5C, PBRM1
Muchas de las proteínas modificadas por estos
genes están involucradas en modificaciones y
remodelado de cromatina.
Los genes pueden encontrarse:
➔
➔
Mutados en la mayoría de los genomas de cáncer
estudiados (BRAF, JAK2, ARIDIA).
Mutados en una fracción muy pequeña de genomas
cancerosos (SETD2, KDM5C), presentan un reto
como dianas génicas en uso de fármacos.
¿Número de mutaciones driver que necesita una célula
para convertirse en cancerosa?
Valor medio = 5 mutaciones
Hay casos que necesitan más y otro menos (neoplasmas
hematopoyéticos).
El genoma del cáncer y el desarrollo de fármacos
Ejemplos de fármacos anticáncer que actúan inhibiendo las proteínas activadas de forma aberrante codificadas por los
genes mutados cancerosos.
★
Inhibidores de la proteína ABL quinasa:
○
Proviene de una translocación en el
cromosoma 9:22.
○
En leucemia mieloide crónica.
★
★
BRAF:
○
Mutaciones somáticas descubiertas mediante
secuenciación sistemática.
○
Codifica una serina-treonina quinasa.
○
Mutado en 50-70% de melanomas malignos, 10-15% de
cánceres colorectales, 50% de cáncer tiroideo papilar y en
menor proporción en otros tipos de cáncer.
○
Dominio en forma de bolsillo de unión a ATP que es un
buen soporte para la unión de inhibidores, por lo que es
una buena diana.
○
Problema: parece que hay unos clones resistentes a la
inhibición de BRAF que siguen creciendo al ser tratado
con estos.
Anticuerpo terapéutico dirigido frente HER2:
○
Codificada por un gen que en cáncer de mama se
amplifica alrededor de un 20%.
○
Impacto muy grande en el tratamiento de este
cáncer.
Evidencia genómica del proceso mutagénico y de reparación
Los patrones de mutaciones somáticas que se han encontrado en el genoma del cáncer reflejan el daño en el DNA y el
proceso mutagénico que ha estado operativo en los mecanismos de reparación que han mitigado su impacto. Los
patrones de mutaciones incorporan muchos tipos de información:
Espectro de mutación
●
●
●
Número de cada tipo de mutación.
Secuencia de DNA alrededor de cada base mutada.
Si es la cadena transcrita o la no transcrita la que ha sido mutada.
Ejemplo:
Permitió encontrar muchos
procesos mutacionales que
pueden reflejar la complejidad de
la mezcla carcinogénica que se
encuentra en el humo del cigarro.
Secuencias de DNA
alrededor de bases mutadas
somáticamente en el caso
del cáncer de pulmón.
Trazas de los procesos de
reparación del DNA
La secuenciación de genomas de
cáncer ha revelado características
inesperadas del proceso mutacional
más allá de aquellas que causan
sustituciones de bases.
Ejemplo:
●
Tiempo de las mutaciones:
❖
Hay algunas que se
acumulan a lo largo de
décadas.
●
❖
otras surgen en
un corto periodo
de tiempo.
En cáncer de mama:
duplicaciones en tándem del
DNA.
En páncreas es raro.
Árbol de la evolución clonal en cáncer
proviene de
Cada cáncer
Una única célula
Pero la población final de células
neoplásicas tienen una historia evolutiva
complicada
El genoma del cáncer en diagnóstico personalizado
Terapia:
Testar una biopsia de tumor para ver si hay
presencia del gen mutado antes de administrar
el fármaco de esta forma se asegura su
efectividad.
causa
Mutación “driver”
Ola de expansión clonal
Proyectos de terapia:
genera
Cáncer sintomático
se manifiesta
como
célula muere
Subclon dominante
Por el camino se pueden haber descartado subclones
que no han conseguido ser dominantes (algunos
pueden eliminarse pero otros pueden sobrevivir).
Población final:
Clon
dominante
+
Subclones de las
poblaciones que se
quedaron por el
camino (pocas
células)
libera
originado células de
cáncer
DNA a la circulación
originado células
normales
La detección del origen del DNA podría permitir detectar
tumores mediante análisis sanguíneo.
EL futuro
●
Hay un proyecto para llevar a cabo una secuenciación
exhaustiva de los genomas cancerosos en todo los
tipos de tumores. Esto se realiza bajo la guía del
Consorcio Internacional de Genomas de Cáncer e
incluye iniciativas de secuenciación a gran escala (en
Australia, Canadá, China, Francia, Alemania, India…).
●
Secuenciación de varios cientos de casos de cada tipo
de cáncer será llevada a cabo próximamente lo que
aumentará la capacidad de comprender la actuación y
mecanismos del cáncer y poder desarrollar nuevos
tratamientos.
Se centrará en el estudio de genes que codifican
proteínas y de transcriptomas, aunque probablemente
acabe convergiendo con secuenciación del genoma
completo. Este estudio supondrá desvelar los genes que
producen el cáncer, y el número y combinación
necesarios para que estos sean activos.
Todo con el objetivo de que la
secuenciación y estudio del genoma sea un
tratamiento habitual en pacientes en un
futuro no muy lejano y esto permita
mejorar los tratamientos existentes.
Bibliografía
Articulo: “Exploring the Genomes of Cancer Cells: Progress and Promise”, Michael R.Stratton
http://www.sciencemag.org/content/331/6024/1553.short
http://uvigen.fcien.edu.uy/utem/herramgen/recomb.pdf
http://learn.genetics.utah.edu/content/labs/pcr/
http://lasemanaahora.com.mx/?p=13490