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La ingeniería genética y el cáncer
( Publicado en "La Revolución de la Bioingeniería", Fernando Mönckeberg, 1988,
Editorial Mediterráneo )
Los avances en el conocimiento de la estructura de los genes y sus posibilidades de
manipulación, están aclarando los mecanismos por los cuales una célula se hace
cancerosa, al mismo tiempo que están permitiendo el diagnóstico precoz de este mal e
incluso hacen vislumbrar nuevas posibilidades terapéuticas.
Todo parece indicar que hoy se está más cerca que nunca de dilucidar la causa del cáncer,
y son muchos ya los científicos que piensan que en los próximos años, se conocerán
claramente los mecanismos por los cuales se produce. Después de ello, estaremos más
cerca de prevenirlo o tratarlo eficientemente. Las investigaciones se multiplican y abordan
el problema desde distintos ángulos y los hallazgos que antes parecían inconexos, gracias
a los avances de la genética e inmunología, parecen irse acercando a un punto común.
Un tumor maligno es la suma de una gran cantidad de células cancerosas que se
multiplican escapando a los mecanismos normales de control. El inicio del proceso siempre
afecta a una célula, que hasta ese momento era normal, la que comienza a multiplicarse
sin control. Algo sucede en esa célula que ya no respeta las normas vigentes y toma las
características de la célula cancerosa.
Cada nueva célula que de ella se produzca será también cancerosa, igual a su progenitora
y así el tumor comienza a crecer en forma exponencial. Más aún, algunas células se
desprenden del tumor original, lo que no sucede con el tejido normal y da lugar a
metástasis al alojarse en otras partes del cuerpo.
La célula, al trasformarse en cancerosa, sufre una serie de cambios, modificando incluso
sus procesos metabólicos. Se transforma preponderantemente en una célula anaeróbica y
no depende del suministro de oxígeno para su metabolismo. Su membrana externa
también sufre cambios y en ellos se comienzan a expresar proteínas diferentes, que se
pueden identificar por métodos inmunológicos. Junto a ello, son numerosas las diferencias
que se producen con respecto a una célula normal.
Cáncer y su relación con los genes
Hace ya casi 20 años, Margarita Vogt y Renato Dulbecco, por primera vez describieron que
era posible trasformar células normales en cancerosas, en una placa de vidrio en
experimentos llamados in vitro. Cultivando fibroblastos normales de embrión de cuy a los
que se les agregaron el virus polioma, observaron que en ese cultivo, una vez infectado,
los fibroblastos normales, se trasformaban en fibroblastos cancerosos (figura 1). Si estos
fibroblastos trasformados, eran inyectados en ratas, les provocaban un cáncer, que
terminaba por matarlas. En otras palabras, las células cancerosas, con todas las
características de tales, podían producirse en una sola generación. Más aún, lo
comprobaron no sólo en un animal de experimentación, sino que también en una placa de
cultivo. Desde ese momento, el cáncer dejó de ser algo misterioso, ya que de una
enfermedad que se podía producir sólo en animales vivos de un modo absolutamente
desconocido, también se pudo generar in vitro.
En experiencias posteriores, los mismos investigadores pudieron detectar que lo que
transformaba a esos fibroblastos en cancerosos era el genomio viral que contaminaba el
cultivo. Una muy pequeña cantidad específica del DNA viral, era capaz de inducir todas las
alteraciones cancerosas de los fibroblastos.
Si previamente los genes del virus se inactivaban, el cáncer no se producía, demostrando
así que éste tenía una causa molecular. Más aún, afirmaron que el cáncer tenía un origen
genético, Io que en ese entonces no era aceptado por todos los investigadores.
Más tarde se demostró que el cáncer podía inducirse sin necesidad de los virus, empleando
otros agentes capaces de alterar el DNA propio de la célula. Así las radiaciones o ciertos
agentes químicos podían producirlo. A estos factores o sustancias se les ha denominado
agentes carcinogénicos o cancerígenos.
Hace veintitrés años, otro experimento realizado por Chiao Shih y publicado en el
Proceeding of the National Academy of Science (USA), dio más luz al problema. Este
investigador demostró que era posible traspasar el cáncer de una célula de mamífero a
otra. Extrajo el DNA de un fibroblasto tumoral y lo introdujo en fibroblastos provenientes
de un animal normal. Dos semanas después, pudo observar que éstos se trasformaban en
cancerosos. Así demostraba categóricamente que la información referente a las
características malignas, podía ser trasmitida por el DNA.
De allí en adelante, lo importante era demostrar que parte del DNA celular era responsable
del cáncer. ¿Era solamente un trozo cualquiera del DNA el responsable?. ¿Era uno a varios
los genes responsables de inducir cada cáncer?. Para responder a estas preguntas fue
necesario desarrollar una larga investigación. Se extrajo el DNA de una célula cancerosa y
se cortó en pequeños trozos mediante enzimas de restricción. Luego, cada una de estas
partes se clonaron para multiplicarse. Más adelante estos trozos se injertaron en un
vector, utilizando para ello el bacteriófago lambda. El DNA viral se incubó con fibroblastos
normales, determinándose cual de estos fragmentos era el culpable de transformar las
células en cancerosas.
Con pequeñas variaciones, de diseño experimental, tres grupos de investigadores
abordaron el problema llegando a la conclusión de que el cáncer que estudiaban era
trasmitido por un solo gen, que denominaban gen oncógeno u oncogen.
De acuerdo a este concepto, todos llevamos en el DNA de nuestras células genes
potencialmente oncogénicos. Ya se han descrito muchos y se estima que en la especie
humana deberían existir unos 100 de estos genes, por lo que se le a ha llamado genes
proto oncogénicos. Estos se pusieron en evidencia utilizando retrovirus, que son virus cuyo
material genético es RNA. Sin embargo, al infectar la célula animal éste se transcribe en
su DNA que puede integrarse aI genomio celular. La mayoría de estos virus llevan un gen
oncogénico que curiosamente es una copia fiel del gen proto oncógeno que normalmente
existe también en la célula normal. Tal vez estos retrovirus han captado el proto oncógeno
de Ia célula en infecciones anteriores trasformándose en un virus oncogénico que puede
transferir Ia malignidad. A través del estudio de los retrovirus, se han puesto en evidencia
numerosos otros oncógenos. En distintos animales, tales como aves, ratas, gatos o
monos, se producen diversos tipos de cánceres: por ejemplo, carcinomas, sarcomas,
leucemias y linfomas. En todos los casos el gen oncogénico del virus tiene un gen muy
semejante al del genoma de la célula huésped.
Este hecho ha sido sin duda, uno de los más importantes descubrimientos de la última
década: todos llevamos en nuestra información genética, genes que potencialmente
pueden desencadenar un cáncer. ¿Por qué una célula normal lleva en su propia
información genética genes que potencialmente podrían producir su propia destrucción?. Y
más aún, ¿Por qué estos genes han sido ampliamente conservados durante todo el
proceso de la evolución?. Los genes proto oncogénicos no sólo están en las células de
vertebrados sino en todas las especies, desde las levaduras hasta el Hombre. ¿Qué sentido
tiene que todos los organismos lleven en sí la semilla de su propia destrucción?. ¿Por qué
Ia evolución de las especies no ha eliminado estos genes tan negativos?. La única
respuesta lógica es aceptar que estos genes están diseñados para codificar en Ia célula
normal productos que regulan Ia multiplicación celular y que en algunos casos están
relacionados estructuralmente con los llamados factores de crecimiento a sus receptores
de membrana. Una alteración, aunque puntual, de estos genes puede trasformarlos en
oncogénicos.
Transformación de gen proto oncogénico en oncogénico
¿Cómo es que un inofensivo gen proto oncogénico, se trasforma en oncogénico?. Pueden
existir distintos mecanismos:
a) Por producción de una mutación puntual. En el proto oncógeno, presumiblemente algún
agente carcinogénico, condiciona que un par de bases del proto oncógeno se cambie. Esto
significa que en la proteína que se va a codificar habrá algún aminoácido cambiado por
otro. Weinberg y Barbacid, trabajando con fibroblastos cancerosos y normales, Iograron
individualizar un proto oncógeno, (gen ras), y demostraron que en un punto determinado
del DNA se producía el reemplazo de Ia base guanina por la timina, cambio que
trasformaba el gen proto oncogénico, en oncogénico. El cambio de esa base implica a su
vez la síntesis de una proteína Iigeramente diferente, en Ia que se reemplaza el
aminoácido glicina por otro que es Ia valina (figura 2). Este cambio producirá un efecto
desastroso, seguramente porque esa proteína ahora anómala, tendría un efecto
cancerígeno como proteína oncogénica. En este caso, éste sería el punto crítico, en que Ia
mutación que podría ser inducida por muchos factores ambientales lesionaría el DNA
celular, generando una célula maligna (figura 3).
b) Por producción de una amplificación génica. En este caso, también por factores
externos un oncógeno, en un proceso independiente de Ia multiplicación celular, se
replicaría muchas veces, de modo que existirían muchas copias activas en la misma célula,
por lo que el gen se expresaría en exceso. En otras palabras, Ia célula haría demasiadas
copias de la proteína codificada por ese gen, cuyo exceso alteraría irreversiblemente Ia
multiplicación celular.
c) Por infección debido a un retrovirus. Un proto oncógeno podría activarse, si se incorpora
el DNA de un retrovirus que ha infectado la célula, induciendo así un cáncer.
d) Por traslocación cromosómica. Este mecanismo parece producirse en algunos tipos de
cáncer que afectan a los linfocitos B, como son las leucemias. Durante la división de las
células pueden producirse traslocaciones de genes de un cromosoma a otro. Es decir, un
trozo de DNA, que normalmente está ubicado en un cromosoma, pasa a otro. Si este
proceso afecta a un gen proto oncogénico, se desencadenaría un cáncer. La función
primaria de los linfocitos B es la de producir anticuerpos. Para ella, los genes que codifican
la producción de anticuerpos tienen que trabajar muy activamente. Si en una de estas
células, se produce una traslocación y por azar el proto oncógeno queda ubicado cerca de
los genes que producen anticuerpos, también se activa este gen y se desencadena un
cáncer. Esto sucede en el linfoma de Burkitt, un tumor linfático muy maligno.
Como actúa un gen oncogénico
Cualquiera que sea el mecanismo por el cual un gen proto oncogénico se transforma en
oncogénico, el efecto cancerígeno en el ámbito de la célula será mediado por una proteína,
la cual sería codificada por este gen. Erikson y Marc, en 1978, aislaron por primera vez
una proteína oncogénica del sarcoma viral de Rous (RSV) y la denominaron 60 src, debido
a que su peso molecular era de 60 000 daltons. Esta proteína tenía además asociada una
actividad enzimática que cataliza la adición de una molécula de fosfato a otras proteínas.
Este fue un hallazgo muy interesante, porque ya se sabía que el proceso de fosforilación
es trascendental en Ia función de algunas proteínas. Las enzimas que desarrollan esta
función fosforilante se llaman proteínas quinasas, porque catalizan Ia emisión del ion
fosfato a los grupos OH de aminoácidos de otra proteína, como son la serina y la treonina.
Para sorpresa, en este caso Ia 60 src en lugar de hacer eso fijaba el fosfato a Ia tirosina
de otras proteínas, otro aminoácido que tiene grupo OH.
Posteriormente se han purificado otras proteínas oncogénicas (P 120 abl) de células de
ratas leucémicas y se ha encontrado que también cataliza la fosforilación de la tirosina, en
vez de la serina y de la treonina. Ya se conocen muchas proteíno quinasas y proteína
tirosina quinasas, reguladas por diferentes oncógenos y asociadas al proceso de
multiplicación celular. Pareciera que todas tienen una secuencia común de 250
aminoácidos, lo que sugiere Ia existencia de una super familia de quinasas, determinadas
por genes descendientes de un gen ancestral común.
El proceso de fosforilación de proteínas es de fundamental importancia para mantener la
homeostasis y el crecimiento celular. La alteración de este proceso puede explicar porqué
una célula se convierte en cancerosa, debido a que así se modificarían algunas proteínas
celulares, especialmente aquellas de su estructura interna. También, por este mecanismo,
se explicaría porqué la célula cancerosa, al modificarse algunas enzimas glicolíticas se
trasforma en anaeróbica. También se alteraría la multiplicación y crecimiento celular,
porque Ia proteína quinasa posee similitudes estructurales con los receptores celulares
para los factores de crecimiento (factor de crecimiento epidermal y factor de crecimiento
plaquetario).
En resumen, los proto oncógenos desempeñan normalmente la función fundamental, al
codificar proteínas que afectarían el crecimiento, la multiplicación, el metabolismo y la
estructura de Ia célula, y es tal vez por eso, que se han mantenido en todas las especies
animales. Estas funciones se alteran, al transformarse el gen de proto oncogénico en
oncogénico.
Así, el conocimiento de la estructura del material genético y sus tecnologías de
manipulación, han servido para demostrar la base genética del cáncer y mucho se ha
avanzado en el conocimiento de su fisiopatología. Esto justifica Ia creencia de muchos
científicos de que el problema podrá estar en gran parte aclarado en los próximos años.
Diagnóstico del cáncer e ingeniería genética
Detectar precozmente el cáncer, es de extrema importancia para su pronóstico. Una de las
principales aspiraciones de la terapia oncológica es la detección y localización del tumor
cuando aún este es pequeño, lo que permitiría administrar un tratamiento específico y a la
vez radical y efectivo. Una vez que el tumor adquiere un tamaño macroscópico ha
desarrollado no sólo una enorme cantidad de interacciones celulares, sino también su
propio sistema vascular, comenzando generalmente a producir metástasis. A este nivel, el
tratamiento al ser muy agresivo compromete seriamente el estado general del paciente.
Lo ya conocido permite abrir esperanzas de desarrollar métodos diagnóstico precoces, ya
sea porque Ia célula cancerosa produce proteínas que podrían detectarse por técnicas
inmunológicas a porque las mismas células, al alterar su metabolismo, eliminan productos
metabólicos diferentes, que en Ia actualidad pueden ser detectados.
El uso de anticuerpos monoclonales ofrece una posibilidad. Sin embargo, el problema no
parece sencillo, ya que ocasionalmente este anticuerpo se une también a células normales,
de modo que cada anticuerpo potencial debe ensayarse previamente para detectar su
especificidad hacia el tumor. Por otra parte, una de las características que definen a Ia
célula tumoral es su alto poder mutagénico, de modo que se puede dar el caso que
anticuerpos que fueron preparados contra antígenos tumorales en una etapa de desarrollo
del tumor no sean útiles después, dado que esas proteínas ya no se expresan o fueron
modificadas.
Recientemente, Moldofsky y cols., han utilizado esta técnica de anticuerpos monoclonales
para detectar metástasis microscópicas de tumores en los nódulos Iinfáticos, en un
paciente con un cáncer del colon. Al administrar anticuerpos marcados con iodo
radioactivo, por vía endovenosa, encontraron que el anticuerpo se fijó solo en los nódulos
linfáticos del paciente. Este diagnóstico se confirmó por análisis histológicos del ganglio,
donde se detectaron grupos de células cancerosas.
Los anticuerpos monoclonales pueden ser útiles para el diagnóstico, fuera del organismo,
como en las leucemias. En este caso sólo basta una muestra de sangre que pueda
exponerse al anticuerpo específico antitumor en un tubo de ensayo y luego separar el
anticuerpo fijado al antígeno, mediante filtración.
Dorothy Schuman, de Ia Universidad de Ohio, ha descrito otra proteína oncogénica, que
podría ser útil para el diagnóstico del cáncer y Ia ha ensayado con resultados positivos en
300 pacientes. Muy probablemente, en el futuro estén disponibles diversos kits que
utilicen la reacción antígeno/anticuerpo, empleando anticuerpos monoclonales.
Otros ensayos se han realizado detectando sustancias que generan las células cancerosas.
Una de ellas es el factor de crecimiento trasformante celular (FCT), que sería la
contrapartida tumoral del factor de crecimiento epidermal (ECE), de las células normales.
El FCT es capaz de trasformar células normales en cultivo y en la actualidad se han
desarrollado técnicas inmunológicas que permitirían detectar su producción excesiva por el
tejido tumoral canceroso.
También se ha ensayado la determinación de alfa fetoproteína (AFP), producida
normalmente por el feto, pero que también las producen células cancerosas del hígado y
testículo. Lamentablemente, también esta sustancia es producida en pacientes con cirrosis
y hepatitis, por Io que se hace difícil un diagnóstico diferencial.
Otros, han determinado los niveles de poliaminas circulantes, como un método de
diagnóstico del cáncer, puesto que se ha demostrado que se incrementan durante Ia
multiplicación celular, porque las células cancerosas, tienen en su interior una elevada
concentración de poliaminas. Desafortunadamente, también ha sido comprobado que la
cantidad de poliaminas se eleva significativamente sólo cuando el tumor alcanza un
tamaño tal que puede ser detectado también por medios convencionales. De este modo su
uso, como herramienta para el diagnóstico precoz del cáncer, ha sido cuestionado.
Tratamiento del cáncer. Bala mágica
Hasta ahora el tratamiento del cáncer, continua siendo un problema sin solución, aún
cuando periódicamente aparecen en los medios de información nuevas drogas y curas
terapéuticas. Si críticamente se analizan las estadísticas, se hace evidente que no ha
habido avances, salvo tal vez, en dos tipos de cáncer: Ia leucemia infantil y la enfermedad
de Hodgkin, que son poco frecuentes. En los cánceres frecuentes, como el cáncer del
pulmón, el cáncer del pecho, el cáncer del colon o de la próstata, no se ven cambios
significativos en las últimas décadas y ellos continúan contribuyendo en un alto porcentaje
en las muertes de los adultos.
Han surgido muchas drogas que inhiben el metabolismo de la célula cancerosa y que
pueden matarla. Es lo que se ha llamado la quimioterapia. Por Io general se trata de
drogas que interfieren en aquellas células que se están multiplicando muy rápidamente.
Desgraciadamente, si son tóxicas para las células cancerosas, también lo son para las
células normales, en especial, las de proliferación rápida. Si se usan en grandes dosis,
liquidan las células cancerosas, pero también son letales para el paciente. Aún dosis
moderadas, producen demasiados efectos secundarios desagradables. Lo mismo puede
decirse del tratamiento con radiaciones.
El ideal podría ser, contar con una bala mágica, que destruyera sólo a las células
cancerosas, pero que no afectara a las normales. En este sentido, por ejemplo, los
antibióticos podrían considerarse como una bala mágica. Ellos matan a las bacterias e
impiden su proliferación, pero no afectan mayormente a las células de los distintos
órganos. Esto sucede porque inhiben procesos metabólicos que son propios de las células
procarióticas, como son las bacterias. Por esto es difícil desarrollar igual terapéutica contra
los hongos o los parásitos, porque al ser células eucarióticas tienen procesos metabólicos
muy semejantes a los que tienen las células de los mamíferos y las sustancias que son
tóxicas para ellos, son también tóxicas para el huésped.
En las últimas dos décadas, los avances logrados con los anticuerpos monoclonales, junta
a los conocimientos de los receptores de las membranas de las células y el mejor
conocimiento de sustancias tóxicas naturales, han hecho pensar que es factible fabricar
una bala mágica que ataque y destruya exclusivamente a las células tumorales. Al menos,
teóricamente, la estrategia es simple, se trata de desarrollar un anticuerpo monoclonal
que se una específicamente a las células cancerosas y lleve acoplado una molécula
citotóxica. De este modo, eI anticuerpo unido a la toxina, mataría sólo a Ia célula
cancerosa. La anterior se sustenta en el hecho de que en Ia membrana de algunas células
cancerosas, existen antígenos diferentes a las de las células normales. Por medio de Ia
técnica de anticuerpos monoclonales, se pueden preparar anticuerpos específicos contra
estos antígenos que se van a unir a ellos y dado que tienen una sustancia tóxica adherida,
son capaces de destruir la célula cancerosa (figura 4).
En el uso de estas sustancias tóxicas están muchas de las posibilidades actuales de
combatir el cáncer. Al menos en teoría, cualquier droga citotóxica como el clorambucil, el
metotrexato o la daunomicina se podrían unir al anticuerpo adecuado y así sólo actuarían
sobre las células cancerosas. Otra posibilidad es unir al anticuerpo con sustancias
radioactivas, especialmente si algún tejido tiene afinidad para absorber ese elemento. Tal
es el caso de la glándula tiroidea, que concentra yodo. También se ha estado usando el
Bismuto 212 y el Torium 228. Finalmente, podrían usarse proteínas tóxicas, producidas
por bacterias, plantas o animales, como la toxina diftérica, producida por el bacilo
Corynebacterium diftheriae, o productos vegetales como la ricina, la abrina o Ia gelonina.
John Collier y Donald Kaplan, de la Corporación Cetus y en Ia Compañía Química Dow,
respectivamente, han preferido trabajar con Ia toxina diftérica, debido a que sólo una
molécula de la toxina, puede matar una célula al bloquear la síntesis proteica celular.
Por su toxicidad y por su mecanismo de acción, esta toxina es ideal para acoplarla a un
anticuerpo monoclonal anti receptor de membrana de células cancerosas. Sin embargo se
presenta un problema, Ia toxina tiene su propio receptor en la pared de las células
normales, de modo que era muy peligrosa utilizarla, ya que podía destruir células
normales. Afortunadamente, la molécula está formada por dos cadenas unidas por un
puente disulfuro, una es Ia que tiene actividad tóxica (A) y la otra es la que se une al
receptor de membrana de células normales (B). Esta estructura, ha permitido separar las
dos cadenas y unir sólo Ia cadena A al anticuerpo monoclonal.
En síntesis, el anticuerpo monoclonal, que lleva unida cadena A de Ia toxina, se fija a la
membrana de la célula cancerosa y luego, todo el complejo, entra al interior de la célula, a
través de un proceso de endocitosis. En su interior, se libera Ia cadena A y ejerce su
acción tóxica (figura 5). Para obtener esta cadena A en suficiente cantidad se ha realizado
una larga tarea. Primero, se tuvo que conocer su composición aminoacídica, luego, a partir
de ella, conocer Ia secuencia de bases del DNA que la codifica. Finalmente, al sintetizar
ese DNA y clonarlo en E. coli, es posible obtener grandes cantidades de la cadena A.
Esta bala mágica ya se ha ensayado en animales de experimentación por Michael Bernhard
y cols. del Instituto Nacional del Cáncer (USA). En este caso se trataba de cuyes con
carcinoma hepático. Una dosis de la inmuno toxina produjo una notoria regresión del
tumor, aunque no consiguió erradicarlo completamente.
Otro ejemplo de la utilización de los anticuerpos monoclonales, unidos con drogas
anticáncer es Ia conjugación con metotrexato. El Instituto de Investigaciones de la Clínica
Scripps (California, USA), ha preparado este conjugado para ensayarla en pacientes con
cáncer pulmonar. El ensayo se inició a fines de 1985 y continuará durante cierto tiempo.
Ultimamente, Cytogen (una empresa biotecnológica de USA), ha anunciado recientemente
un trabajo colaborativo con Carlo Erba (Italia), para fabricar un conjugado con otra droga
anticáncer: Ia antraciclina. Los laboratorios Lilly, han desarrollado otro conjugado, el de un
anticuerpo desarrollado por ellos, denominado KS-114, unido a la vinblastina que es
específico contra el adenocarcinoma. Esta combinación podría ser efectiva contra otros
carcinomas, tales como el de la próstata, la mama y el pulmón. Por ahora, el producto es
caro, ya que cuesta alrededor de 4 mil dólares el gramo y cada tratamiento requiere de
dos a tres gramos.
Anticuerpos monoclonales, unidos a yodo 131, han sido utilizados por Stanley Order de la
Escuela de Medicina Johns Hopkins para tratar pacientes con cáncer del hígado en los que
no se esperaba una sobrevida mayor de tres meses. En la actualidad algunos de ellos aún
sobreviven después de cuatro años. Muchos otros Centros están trabajando en el
aislamiento de anticuerpos monoclonales y en su unión con sustancias tóxicas. Lo
deseable es dar con una combinación estable, que se pueda distribuir bien por el sistema
circulatorio y que teniendo acceso a todas las células cancerosas no dañe a los tejidos
normales. Quizás en el futuro, pueda ésta ser una importante arma terapéutica.
Son innumerables los Centros que están trabajando en esta área y en los próximos años,
sin duda que habrá muchas novedades en esta terapia tan específica contra el cáncer. Se
justifican los esfuerzos, porque en los países desarrollados, el cáncer es Ia segunda causa
de muerte y hasta ahora no hay mucho que ofrecer a algunas de esos enfermos.
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl