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El cáncer es un proceso caracterizado por células que se dividen
de un modo incontrolado, que invaden y colonizan territorios
normalmente reservados para otras células.
El cáncer resulta de una combinación de anormalidades
genéticas expresadas en un contexto medio-ambiental apropiado.
El proceso de tumorigénesis se inicia cuando una célula capaz de replicarse
muta un gen que le confiere una ventaja selectiva para crecer y multiplicarse.
1
tejido normal
división
celular
número de
células
muerte
celular
diferenciación
celular
tumor
división
celular
número de
células
muerte
celular
diferenciación
celular
2
Un tumor es una masa celular derivada de una célula que
experimentó un cambio heredable y que le permite
crecer en forma desregulada
Evidencia en favor del origen monoclonal del cáncer proviene del análisis del patrón de inactivación del cromosoma X en
tumores provenientes de ratones hembras. En el embrión, uno de los cromosomas X se inactiva irreversiblemente y al azar.
Por lo tanto todos los tejidos constituyen mosaicos de células donde algunas poseen inactivado el cromosoma X paterno
(en gris) y otras el cromosoma X materno (en rojo). El análisis de genes ligados a los cromosomas X revela que las células de
un tumor (masa central) exhiben el mismo cromosoma X inactivado.
Otra evidencia en favor del origen monoclonal del cáncer proviene del análisis de los cromosomas en las
células tumorales. Por ejemplo, todos los leucocitos de pacientes con leucemia mielógena crónica exhiben
el cromosoma Filadelfia, que resulta de la translocación entre los cromosomas 9 y 22.
3
Las células tumorales pueden, eventualmente, adquirir la capacidad de
diseminarse a otros sitios dentro del organismo = cáncer
tumor benigno
la masa celular
es usualmente
pequeña y permance
localizada en el tejido
de origen.
• proliferación desregulada
• ruptura de las uniones intercelulares
tumor maligno = cáncer
la masa celular se disemina,
usualmente por el sistema
vascular, a otras partes del
organismo.
• ruptura de la membrana basal
invasión
• degradación de la ECM
• inducción de angiogénesis
4
Las células cancerosas exhiben rasgos morfológicos
que pueden distinguirse al microscopio
Microfotografías de células de cuello uterino obtenidas por raspado (Papanicolaou).
Las células normales (A) son grandes, planas, con abundante citoplasma y
núcleos áltamente condensados. Las células precancerosas (B) y de carcinoma
invasivo (C) exhiben núcleos mas prominentes y escaso citoplasma.
5
El crecimiento de los tumores es difícil de determinar en etapas tempranas
Evolución de un tumor mamario
Al momento de detectarse
por palpación, el tumor ya
contiene ~1 billón de células
6
El cáncer es considerado un proceso microevolutivo
En la evolución del cáncer ocurren sucesivas rondas de generación de mutaciones y selección,
de modo que se acumulan mutaciones en oncogenes y en genes supresores de tumores.
Evan & Vousden, Nature 2001
7
En consistencia con el modo de operación de un proceso microevolutivo,
la incidencia del cáncer incrementa marcadamente con la edad
8
Estudios en ratones transgénicos revelan que el desarrollo de
tumores requiere de la acción cooperativa de más de un oncogen
ratones que solo
sobreexpresan myc
ratones que solo
sobreexpresan ras
constitutivamente activo
ratones que
sobreexpresan
myc y ras activo
9
La evolución del cáncer de colon
revela una secuencia de mutaciones
relativamente predecibles
colon
con pólipos
colon
normal
10
Los genes involucrados en el crecimiento maligno se agrupan en
dos clases: oncogenes y supresores de tumores
Proto-oncogen es un gen normal que
por mutación se convierte en un
oncogen. Los oncogenes codifican
para proteínas hiperactivas que
estimulan la proliferación celular.
Mutaciones dominantes
genes supresores de tumores.
Genes cuyas mutaciones inactivan la
función de proteínas que inhiben la
proliferación celular.
Mutaciones recesivas
11
Las proteínas codificadas por los oncogenes y genes supresores de
tumores regulan el crecimiento celular a distintos niveles
Las proteínas de las clases I Æ IV son
potencialmente oncogénicas. Mutaciones
activadoras o que incrementan su expresión
pueden originar cancer.
Son Mutaciones dominantes .
Las proteínas de las clases V a la VII
actúan como supresoras de tumores.
Mutaciones inactivantes en estos genes
liberan a la célula de frenos o controles.
Son Mutaciones recesivas.
12
Las mutaciones oncogénicas alteran procesos celulares fundamentales
13
Los oncogenes pueden ser identificados mediante sus
efectos transformantes en ensayos in vitro
La introducción de un oncogen en células normales en cultivo, por ejemplo fibroblastos,
provoca alteraciones visibles que son características del fenotipo transformado.
oncogen
transfección
célula normal
alteraciones
célula transformada
- cambio de la morfología (fusiformes)
- pérdida de la inhibición por contacto
- pérdida de la dependencia del anclaje al substrato
- menor dependencia a factores de crecimiento
- pérdida de las adhesiones focales
microscopía electrónica de barrido de fibroblastos normales (A)
y de fibroblastos transformados con el oncogen v-src (B)
A
B
Las células transformadas son fusiformes,
con frecuente producción de microvellosidades.
El apilamiento de las células resulta de la
pérdida de la inhibición por contacto.
14
oncogenes: genes mutados que
codifican proteínas capaces de
transformar células en cultivo o
inducir cáncer en animales
proto-oncogen: contraparte
normal del oncogen
EGFR/PDGFR
Ras
Src
myc
etc...
Mutaciones activantes en
uno solo de los alelos de
estos oncogenes promueven
tumorigénesis
Ras: GTPasa; mutaciones activadoras, bloquean la hidrólisis del GTP
Raf: Ser/Thr kinasa; mutaciones activadoras de la catálisis
Abl: tirosin-kinasa; translocación cromosómica que genera la forma
bcr-Abl constitutivamente activa
Crk: proteína adaptadora; sobreexpresión
Myc: factor de transcripción; translocación cromosómica que causa
sobre-expresión de myc
15
Diferentes mecanismos pueden convertir
un proto-oncogen en un oncogen
la conversión de un proto-oncogen en un oncogen
involucra mutaciones de ganancia de función.
mecanismos
™ mutaciones puntuales/deleciones
™ amplificación génica
™ translocaciones cromosómicas
ej. c-myc en linfoma
de Burkitt
ej. oncogen bcr-abl,
Trk-tropomiosina
16
Secuencias reguladoras virales pueden convertir un proto-oncogen
celular en un oncogen incrementando su expresión: c-myc
Los retrovirus que producen leucosis en aves se insertan al azar en los cromosomas. En algunos
tumores el DNA del provirus se encuentra adyacente al gen c-myc en dos orientaciones transcripcionales
posibles. En ambos casos, los niveles de transcriptos estan significativamente aumentados.
17
Algunos virus contienen oncogenes e inducen cáncer
retrovirus oncogénicos: aquellos que transducen un oncogene a la célula huésped
(ej. RSV Æ v-src; Harvey sarcoma virus (HSV) Æ H-ras)
la actividad del proto-oncogen c-Src esta normalmente
reprimida por la fosforilación de la tirosina 527.
En la kinasa normal, la tirosina 527 es mantenida
fosforilada e interacciona con el dominio SH2 de la misma
molécula, estabilizando la conformación inactiva de Src.
Algunas oncoproteínas v-Src codificadas por el virus RSV poseen
deleciones del terminal carboxilo que incluyen a la tirosina 527.
Por lo tanto estas mutantes son constitutivamente activas. Otras
mutaciones activadoras incluyen la substitución de Y527 por F.
18
Ciertas proteínas virales mutadas son oncoproteínas
que mimetizan factores de crecimiento
SFFV (Spleen Focus Forming Virus) es un retrovirus que produce eritroleucemia en ratones. El SFFV
codifica la proteína gp55, que se une al receptor de eritropoietina en eritroblastos e induce su proliferación
ligando natural
Jak2
Jak2
la unión del ligando
natural eritropoietina (Epo)
dimeriza el receptor
Jak2
Jak2
la unión de gp55 mimetiza
el ligando natural y también
dimeriza y activa el receptor
El gen v-sis del virus SSV (Simian Sarcoma Virus) codifica para una proteína homóloga a la
cadena beta del PDGF. SSV induce sarcomas en fibroblastos que expresan el receptor de PDGF.
19
Receptores con actividad tirosina-kinasa intrínseca están
frecuentemente mutados en diferentes tipos de cáncer
mutaciones puntuales, ej. Val Æ Gln convierten
el receptor Her2 a su forma oncogénica Neu.
Ambas mutaciones producen receptores donde el
dominio de tirosina kinasa esta constitutivamente
activo, independiente de la presencia del ligando.
Otras mutaciones ocurren en el dominio citosólico,
p. ej. deleciones que eliminan señales de endocitosis
contribuyen a activaciones sostenidas del receptor.
las deleciones del dominio
extracelular del EGFR
producen formas oncogénicas
20
Translocaciones cromosómicas generan una forma
oncogénica de Trk
Una forma oncogénica del receptor tirosina-kinasa Trk es generada por una translocación cromosómica
que reemplaza la porción extracelular de Trk por un segmento de la tropomiosina que media dimerización.
La dimerización constitutiva de Trk provoca su activación independiente de la unión al ligando.
fosforilación en trans
y activación de los
dímeros
21
Translocaciones cromosómicas también originan formas hiperactivas
de kinasas citosólicas y de factores de transcripción
c-Abl
Translocación cromosómica en leucemia mieloide crónica (chronic myelogenous leukemia o CML). La translocación
puede detectarse por bandeo cromosómico (A) o por FISH (B). La translocación produce una oncoproteína quimera,
Bcr-Abl, que exhibe una actividad desregulada de la tirosina kinasa Abl.
B
A
FISH: Fluorescence in situ hibridization
bcr-Abl
activación
de c-Abl!!
c-Abl
22
Hiperactivación de c-myc
Amplificación de c-myc (FISH)
Translocación cromosómica en linfomas de Burkitt que posiciona al gen de
c-myc en la región adyacente a elementos de control de inmunoglobulinas.
Sobreexpresión
de c-myc!!
23
c-myc promueve la expresión de genes involucrados
en la transición de G1 a S
24
categorías de genes supresores de tumores:
- inhibidores de la proliferación celular,
- proteínas de checkpoint,
- receptores o transductores que inhiben la proliferación,
- proteínas pro-apoptóticas
- enzimas reparadoras del DNA
CKIs
pRb
p53
TGFβ
APC
ATM/ATR
Ambos alelos de un gen supresor de tumores deben
inactivarse para facilitar el crecimiento de tumores
25
La vía de control de la proliferación mediada por Rb esta
alterada en la mayoría de los cánceres humanos
Rb y el inhibidor de Cdk p16 son supresores de tumores (en rojo) inactivados por mutación. Las
ciclinas D y Cdk4 son proto-oncogenes (en verde) activados por mutación. La ganancia de función
de un solo proto-oncogen de esta vía de control promueve la proliferación.
p16
Rb
tipos de mutaciones descriptas en cáncer
• amplificación génica de ciclinas D
• deleciones del inhibidor de Cdk4/6 p16
• mutaciones inactivantes de Rb
26
TGFβ restringe el crecimiento de tumores a través de la
regulación de la expresión de numerosos genes
mutaciones en Smad4 y en el TGF-β R II se han detectado en cáncer de colon y páncreas.
TGFβ
TGFβ
↓ c-myc
↑ p15 CKI
↑ p21 CKI
↑ PAI-1
(plasminogen
activator
inhibitor-1)
Cdk4/cicl D
plasminogen
activator
Rb
plasminogen
plasmin
E2F
síntesis proliferació
proliferación
de DNA
degradación
de la ECM
invasió
invasión
27
APC inhibe la señal proliferativa de la β-catenina
promoviendo su degradación en el proteosoma
Mutaciones que estabilizan β-catenina en el citosol, por ej. de APC, Axina y β -catenina se observan en varios tipos
de cáncer incluído el colorectal. Beta catenina estabilizada se transloca al núcleo y en complejo con los factores
de transcripción Tcf/Lcf activa la transcripción de genes que promueven proliferación (ej. myc, ciclina D, E2F).
28
La pérdida de función de Rb puede ocurrir por diferentes
tipos de mutaciones somáticas
la pérdida de función de Rb es causante de retinoblastoma y de varios otros tipos de cáncer
29
Rb y p53 pueden inactivarse por proteínas virales
Varios virus de DNA, incluyendo el virus del papiloma humano (HPV), Simian Virus 40 (SV40) y adenovirus producen
proteínas que se unen e inactivan a las proteinas p53 y Rb. El HPV es causante del cáncer de cuello de útero.
p53
p21CIP
Cdk4/6
Rb
E2F
HPV
E2F
E7: inactiva Rb
E6: inactiva p53
E5: activa el PDGFR
30
p53 es un sensor de la hiperactividad de oncogenes y
activa la senescencia o la apoptosis
↑ ras
↑ β-catenina
En condiciones normales
Mdm2 ubiquitina a p53 y
promueve su degradación.
↑ proteínas proapoptóticas:
Bax, receptores de Fas, etc
La hiperactividad de oncogenes induce la transcripción de p19ARF (ARF). ARF inhibe Mdm2 lo cual
estabiliza p53. p53 activa numerosos genes que frenan el ciclo celular y promueven apoptosis.
(iARF: Alternative Reading Frame, es un producto de “splicing alternativo” del locus INK4a que codifica para p16INK4a. No confundir con la
GTPasa ARF que recluta proteinas de cubierta COPI!)
31
Los efectos oncogénicos de myc y ras sobre la proliferación,
la apoptosis o la senescencia dependen del contexto
Senescencia: estado no replicativo permanente e irreversible
Lowe et al Nature 2004
32
Inactivación de proteínas pro-apoptóticas e hiperactividad
de proteínas anti-apoptóticas
RPTKs
integrinas receptores que transmiten
señales anti-apoptóticas
sensores de
superficie
PTEN es una fosfatasa
que contraresta la función
de la PI-3K. Es un
"tumor suppresor"
deleción
PI-3k
PTEN
receptores que transmiten
señales pro-apoptóticas
Akt
FAS-R
TNF-R
inactivación
Bad
deleción/
inactivación
p53
en rojo se señalan
algunas alteraciones
observadas en cáncer
que confieren resistencia
a la apoptosis.
Bcl-2 hiperactividad
Bax
citoc C/APAF
caspasa 9
familia de proteínas Bcl-2:
cascada de
activación de
caspasas
proapoptóticas (Bax, Bak)
antiapoptóticas (Bcl-2, Bcl-XL)
33
Circuitos afectados por mutaciones que promueven cáncer
Lodish MCB 2004
34
La inestabilidad genómica es una característica del cáncer
fallas en el "checkpoint" mitótico
fallas en los mecanismos de
reparación del DNA
arresto del
ciclo celular
inestabilidad genómica
fallas en el mantenimiento
de los telómeros
apoptosis
Las células normales que experimentan un daño importante del DNA, que no puede
ser reparado, entran en un estado de senescencia prematura o sufren apoptosis.
35
La disfunción de los telómeros y/o la ruptura de cromosomas conducen a
ciclos de ruptura y fusión que aumentan la inestabilidad genómica
inactivación de checkpoint,
ej. mutación de ATM
36
p53 es un sensor de la inestabilidad cromosómica estructural
La inestabilidad de los telómeros y la exposición de la doble hebra del DNA induce la
activación de una vía apoptótica mediada por p53. Las células cancerosas evitan este
destino mediante la re-expresión de la telomerasa.
BFB = "Breakage-Fusion-Breakage" (ciclos de ruptura y fusión)
La inactivación de p53 elimina el freno al proceso de inestabilidad
genómica promovido por los ciclos de ruptura y fusión de cromosomas.
37
Existe un nivel "óptimo" de inestabilidad genómica para el
desarrollo del cáncer, que confiere la plasticidad necesaria
para evolucionar.
apoptosis
Las células normales (A) mantienen una tasa de inestabilidad genómica baja que les impide generar la diversidad suficiente para
superar la primer barrera selectiva. Un nivel óptimo de inestabilidad genómica (B) asegura la generación de una variedad de
mutaciones adecuadas en las células tumorales que les permiten superar las barreras selectivas impuestas por el organismo.
Demasiada inestabilidad genómica (C) supera un umbral incompatible con la viabilidad, activándose la apoptosis.
38
p53 también es un sensor de la
inestabilidad cromosómica numérica
La poliploidía y aneuploidía es común en cáncer. Puede resultar por defectos en la mitosis,
fusión celular y endomitosis. Estas alteraciones activan apoptosis mediada por p53. En células
cancerosas la apoptosis puede ser inhibida por la sobre-expresión de, por ejemplo Bcl-2.
39
La actividad de p53 conduce al arresto del ciclo celular
o a la apoptosis
La presencia de extremos libres en la molécula del DNA y el daño producido por radiación UV es sensada por las kinasas
ATM y ATR, respectivamente. ATM y ATR fosforilan y activan a las kinasas de "checkpoint" Chk1 y 2 que fosforilan
a p53, incrementando su estabilidad y su actividad transcripcional.
ATM/ATR
degradación en
el proteosoma
Chk1/2
estrés oncogénico
 ras, myc, E2F
Cdc25
Cdk1
G2/M
Cdk2
G1/S
ARF
transcripción
estabilización
y localización
nuclear
p53
 p21CIP
Cdk4/6
activ
a
efectos
independientes
de transcripción
trans
crip
ción
de
Rb E2F
proteínas pro-apoptóticas (Bax,
BID, PUMA, receptores de Fas)
inactivación de proteínas anti-apoptóticas (Bcl2, Bcl-xl)
activación de proteínas pro-apoptóticas (BAX y BAK)
40
El contexto y el genotipo celular influyen sobre las vías
activadas por p53 que determinan la muerte o el arresto
del ciclo celular
- factores de crecimiento
™ contexto celular (señalización)
- integrinas
- caderinas
adhesión
™ genotipo (mutaciones en genes reguladores del ciclo celular y la apoptosis)
daño del DNA,
acortamiento de
telómeros
inestabilidad
cromosómica
arresto temporario o senescencia
↑ p53
apoptosis
p16
hiperactividad
oncogénica
41
La senescencia replicativa es inducida por el
acortamiento de los telómeros
Los fibroblastos humanos normales dejan de proliferar después de ~50-60 divisiones (símbolos verdes) .
La expresión forzada de la telomerasa extiende significativamente el potencial replicativo (símbolos rojos) .
42
La re-expresión de la telomerasa contribuye a la inmortalización
de las células tumorales
Los extremos de los cromosomas de vertebrados poseen numerosas copias de la secuencia TTAGGG (5-20 Kb), agregadas
por la enzima telomerasa. La telomerasa deja de expresarse en la mayoria de las células somáticas. Aproximadamente el
80-90% de los cánceres muestran una reactivación de la expresión de la telomerasa.
a) La senescencia replicativa de una célula normal es inducida por la pérdida de los telómeros.
b) En las células cancerosas la telomerasa es sobreexpresada.
acortamiento de
los telómeros
telomerase
telomerase
telomerasa
43
En cada replicación del DNA, el extremo 3'
de cada cromosoma se acorta ~ 50-100 bp
44
Modelo que involucra la reactivación de la telomerasa en una secuencia
de eventos que conduce al cáncer
45
El crecimiento y propagación de los tumores malignos sólidos
requiere de la inducción de angiogénesis
Angiogénesis es el proceso de formación de vasos a partir de capilares pre-existentes.
pericito
Los tumores secretan VEGF, un potente factor
que induce la angiogénesis a partir de capilares
pre-existentes (a).
Un evento temprano de la angiogénesis es la
disociación de los pericitos y la dilatación de
los capilares (b).
Las células endoteliales degradan la membrana
basal y migran hacia el estroma (c),
inducidas por factores del estroma, las células
endoteliales proliferan (d),
eventualmente, las células endoteliales contactan
y se adhieren entre sí, secretan una membrana
basal y reclutan pericitos que se asocian a la
pared del nuevo capilar (e)
Berger & Benjamin, Nature Cancer Rev 2003
46
Los tumores sólidos inicialmente crecen como nódulos avasculares. En la mayoría de los casos se estabilizan en un estado
de latencia ("dormancy") en el cual la tasa de proliferación equilibra a la de apoptosis (a). Eventualmente, y en un modo
dependiente del tipo de tumor y del micro ambiente, la masa celular incrementa drásticamente como consecuencia de haber
adquirido la capacidad de inducir la angiogénesis ("switch" angiogénico). Los vasos nuevos inducidos por los tumores son
frágiles, irregulares y tortuosos.
Berger & Benjamin, Nature Cancer Rev 2003
47
El "switch" angiogénico depende de un balance entre
factores angiogénicos y anti-angiogénicos
TGF-β
Thrombospondin-1
ECM
MMP9
VEGF
VEGFR
endothelial cell proliferation
and migration
PTP
Berger & Benjamin, Nature Cancer Rev 2003
48
OH
normoxia
VHL
HIF-1
hipoxia
proteosoma
↑HIF-1
↑ factores pro-angiogénicos (VEGF)
↑ genes pro-invasivos (receptor met)
acumulación del factor
de transcripción HIF-1
(hypoxia-inducible factor-1)
Que dispara
el "switch"
angiogénico?
HGF/SF
met (RTK)
↑ migración
inactivación
de p53
↓ factores anti-angiogénicos
↑ factores pro-angiogénicos
En condiciones de oxígeno normal el factor HIF-1 es hidroxilado y ubiquitinado por la proteína supresora de
tumores VHL (von Hippel-Lindau), siendo continuamente degradado en el proteosoma. En condiciones de
hipoxia y/o inactivación de VHL, HIF-1 se acumula y activa transcripción de factores pro-angiogénicos. La
proteína supresora de tumores p53 reprime la expresión de VEGF y promueve la ubiquitinación de HIF-1,
por lo tanto mutaciones que inactivan a p53 también contribuyen a que se dispare la angiogénesis.
49
el comportamiento invasivo (maligno) de las células involucra:
¾ cambios en la adhesión
¾ proteólisis local
¾ migración
50
Transiciones epitelio-mesénquima
"Epithelial-mesenchymal transitions" (EMT)
marcan el inicio de la invasión de carcinomas
El proceso de EMT de las células epiteliales se caracteriza por la pérdida
de los contactos intercelulares, la pérdida de la polaridad y la adquisición
de un fenotipo migratorio.
estroma
51
Experimentos in vitro muestran que diversas señales
extracelulares inducen EMT
Células de carcinoma exhiben EMT cuando se las estimula con distintos factores solubles
(TGFβ, EGF, HGF, etc) y componentes de la matriz extracelular
colágeno,
TGFβ
Savagner, Bioessays 2001
52
El factor HGF/SF induce EMT
HGF/SF (Hepatocyte Growth Factor/Scattering Factor) es un factor soluble que promueve
motilidad e invasión de células epiteliales in vitro. Actúa activando el receptor tirosín-kinasa met.
Birchmeier, Nature MCB 2003
53
Varias señales externas inducen EMT activando
factores de transcripción específicos
cytokines
Los factores de transcripción Twist, Snail
y SIP1 inducen EMT reprimiendo la transcirpción
de la caderina-E y activando la transcripción
de proteínas pro-invasivas como la caderina-N.
Kang & Masagué, Cell 2004
54
Las células invasivas manifiestan cambios en
la expresión de moléculas de adhesión
integrinas: Integrinas expresadas en cáncer reconocen el motivo RGD en
fibronectina, vitronectina y otras moléculas (ej. α3β1, αvβ3).
α3β1 interacciona con laminina, fibronectina y colágeno.
αvβ3 interacciona con fibronectina, vitronectina, colágeno, trombospondina.
la digestión proteolítica de la matriz exponen sitios crípticos RGD reconocidos
por las integrinas α3β1 y αvβ3.
caderinas: La inactivación de las caderinas-E y la expresión de caderinas-N
es un rasgo característico de carcinomas. La re-expresión de
caderina-E inhibe la invasividad en algunos tumores.
55
La invasión requiere de la degradación localizada de la matriz
Las células del microambiente tumoral secretan proteasas que degradan la matriz
y favorecen la invasívidad. Las proteasas extracelulares pertenecen a dos familias:
‰ colagenasas instersticiales Æ degradan colágenos fibrilares
(1) Metaloproteinasas
de la matriz (MMP)
‰ estromelisinas Æ degradan fibronectina, proteoglicanos, col IV
‰ gelatinasas (colagenasas tipo IV) Æ degradan col IV, fibronectina, elastina
su actividad depende de iones zinc
o calcio
Las tres clases de metaloproteinasas poseen inhibidores endógenos (tissue inhibitors of metalloproteinasas = TIMPs)
(2) Serine
proteases
‰ Activadores del plasminógeno (PAs). Hay 2 tipos:
uPA: urokinase-plasminogen activator Æ asociada a receptores de superficie (uPAR)
tPA: tissue-type plasminogen activator Æ secretada
- laminina
- fibronectina
uPA o tPA Æ plasminógeno Æ plasmina activa
la plasmina degrada
- colágeno IV
- vitronectina
las serpinas son inhibidores de las serine proteases
56
La invasión involucra un intercambio de señales secretadas
por las células del microambiente del tumor
El carcinoma invasivo es considerado una
patología de poblaciones celulares diversas
que habitan el microambiente del tumor.
La transición a un carcinoma invasivo es
precedida por la activación de fibroblastos,
células endoteliales y del sistema inmune
que liberan enzimas, citoquinas y factores
de crecimiento en una zona localizada
denominada "frente de invasión".
Liotta & Kohn, Nature 2001
57
Interacciones moleculares en el microambiente de invasión
3
1) Los fibroblastos secretan HGF/SF que
estimulan la motilidad de las celulas tumorales
a través de los receptores c-Met.
1
2) Las células tumorales secretan VEGF y
bFGF, los cuales se unen a receptores en las
células endoteliales e inducen angiogénesis.
3) Los fibroblastos y las células endoteliales
producen enzimas latentes como MMPs y uPA,
que son activadas en contacto con el
invadopodio de la célula tumoral, y degradan
la ECM y los ectodominios de las caderinas,
promoviendo la invasión.
3
4
2
5
3
6
4) La degradación de la ECM libera factores
como el TGFβ y el EGF los cuales promueven
angiogénesis y la proliferación de la célula tumoral.
5) La degradación de la ECM expone sitios
RGD reconocidos por integrinas involucradas
en la motilidad.
6) Las vias activadas en la célula tumoral
generan señales de proliferacion, motilidad y
anti-apoptóticas. Por ejemplo, la activación
de FAK mediada por Met, EGFR e integrinas
activa ras, PI-3K, MLCK y β-catenina.
Liotta & Kohn, Nature 2001
58
Friedl & Wolf, Nature Rev Can 2003
59
60
Las interacciones del tumor con el tejido huésped modulan la metástasis
células de carcinoma
de colon humano
implante
ortotópico
(intestino)
implante
heterotópico
(músculo)
metástasis
el implante heterotópico es rechazado por el órgano huésped.
el implante ortotópico facilita el proceso de metástasis
61
Ensayos in vitro para evaluar la invasión
invasión de una cama de colágeno
**
**
** en todos los casos la suspensión celular a ensayar
corresponde a las células tumorales.
62
PTKs como blancos terapéuticos
PTK
Ras/
MAPK
PI-3K/
Akt
Rho
caderinas
GTPasas
antianti-apoptosis
invasió
invasión y
motilidad
proliferació
proliferación
Zwick et al, Trends in Molecular Medicine, 2002
63
La clasificación del cáncer es un requerimiento para decidir la terapia a aplicar.
Actualmente dicha clasificación se basa en la historia clínica del paciente,
la histología del tumor y la expresión de marcadores bioquímicos.
Dado que el cáncer es una enfermedad genética
debería ser posible su clasificación en base al
perfil de expresión específico del transcriptoma.
‰ Los chips de DNA permiten analizar niveles de mRNA a
escala global (transcriptoma)
64
Muestras de genes ordenadas en un arreglo
bidimensional constituye un "chip" de DNA
fijación de
oligonucleótidos
o cDNA
gen1
gen2
gen3
gen4
gen5
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
hibridización con
cDNA marcado
El chip o microarreglo de DNA consiste en
una matriz de cDNAs u oligos pertenecientes
a una colección de genes y cuya posición en
el arreglo es conocida. El chip se hibridiza con
una mezcla de cDNAs de muestras de referencia
y experimentales marcadas con fluorescentes
diferentes. Los datos obtenidos se emplean para
construir perfiles de expresión en relación a una
determinada condición o tratamiento.
cDNA de muestra de referencia (ej. individuo sano)
cDNA de muestra experimental (ej. individuo enfermo)
gen1
gen2
gen3
gen4
gen5
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
resultado
65
Resultado de la hibridización de un chip de ~ 6000 genes de S. cerevisiae
Imagen del chip obtenida con un microscopio confocal. Los puntos rojos indican mayor expresión
de la muestra experimental respecto de la de referencia; los puntos verdes indican lo opuesto.
66
Patrones de expresión génica
en distintos tipos de cáncer
En este chip se analizan los niveles de expresión
de 1800 genes (ordenados en hileras horizontales)
en 142 tumores obtenidos de pacientes diferentes
y agrupados de acuerdo al órgano que afectan
(columnas verticales).
Cada rectangulo (ver inserto) indica el nivel de
expresión de un gen particular en un tumor
determinado, el rojo indica que la expresión es
mayor que el promedio; el verde que es
inferior al promedio y el negro indica un
valor promedio.
conclusión 1: el nivel de expresión de cada
gen varía en los distintos tumores (hilera de
barras ordenadas de izquierda a derecha).
conclusión 2: cada tipo de tumor expresa
un perfil de expresión génica característico.
Esta información puede ser empleada para
tipificar células cancerosas de origen
desconocido comparando sus transcriptomas
con el de tumores conocidos.
MBC Alberts et al 4th ed, p378
67
Perfiles transcripcionales
de dos tipos de leucemia
(AML y ALL)
genes:
De un chip de 6817 genes humanos
se identificó un grupo de 50 genes
que se expresan diferencialmente en
leucemia mieloide aguda (AML) y
leucemia linfoblastica aguda (ALL).
Este estudio demuestra que el perfil
genético basado en microarrays
puede ser aplicado para predecir
tipos de tumores.
Golub TR et al, Science 286,1999
68
Perfiles transcripcionales de linfomas difusos de células B grandes (DLBCL)
Los linfomas DLBCL son clínicamente heterogéneos.
El análisis de microarreglos de DNA revela la
expresión coordinada de genes en las distintas
muestras. Observe que genes que se expresan
en centros germinales de células B tienen un patrón
de expresión diferencial en dos tipos de linfomas,
FL y CLL. Cada columna vertical representa una
muestra y cada hilera horizontal representa un gen.
Alizadeh et al, Nature 2000
69
Perfiles transcripcionales
asociados a metástasis
mal
pronóstico
buen
pronóstico
genes
buen
pronóstico
mal
pronóstico
De un chip de ~25.000 genes humanos se identificaron ~5000 genes se expresan diferencialmente en 98 tumores primarios
de mama. De estos se agruparon 70 genes cuya expresión (columnas verticales; rojo indica sobreexpresión, verde indica
subexpresión) se emplea como “marcador” para pronosticar metástasis en 78 tumores de mama (hileras horizontales) . Los
genes fueron ordenados de acuerdo a sus coeficientes de correlación en dos grupos: buen pronóstico o mal pronóstico. La
barra de la derecha indica en negro los pacientes que no desarrollan metástasis y en blanco aquellos con metástasis dentro
de los 5 años de tratamiento.
van 't Veer et al Nature 2002
70
from Jake Youngberg
71