Download ciclo celular rb p53

Autores
Oscar Peralta-Zaragoza, Biól., M. en C.,(1) Margarita Bahena-Román, Biól.,(1)Cinthya E. DíazBenítez,
Biól.,(1) Vicente
Madrid-Marina,
M.C.,
Dr.
en
C.(1)
(1) Centro de Investigación sobre Enfermedades Infecciosas, Instituto Nacional de Salud
Pública, México.
Resumen
Durante el proceso de transformación de las células normales a células cancerosas, ocurren
varias alteraciones genéticas. En este proceso se presenta la pérdida del control de los
mecanismos de replicación y reparación del ADN, así como de la segregación del material
genético. Aunque las células normales tienen estrategias de defensa contra el desarrollo del
cáncer, las células tumorales activan diferentes vías de escape que permiten la progresión
de la neoplasia. Avances recientes han permitido enfocar la investigación del cáncer hacia la
identificación de algunos de sus factores etiológicos. El estudio del ciclo celular y su
regulación han permitido conocer cómo la fidelidad y la integridad de la replicación del
genoma son mantenidas por las funciones coordinadas de los puntos de control y de los
sistemas de reparación del ADN. El funcionamiento adecuado de estos procesos puede ser
alterado por mutaciones genéticas. Estos hallazgos sugieren que los mecanismos
moleculares de regulación que participan en la transformación celular pueden ser empleados
como sistemas potenciales para instrumentar nuevas terapias contra el desarrollo del
cáncer.
Palabras clave: ciclo celular; regulación de expresión génica; agentes antineoplásicos
combinados; México
Abstract
Several genetic alterations occur during the transformation process from normal to tumor
cells, that involve the loss of fidelity of processes as replication, reparation, and segregation
of the genomic material. Although normal cells ha ve defense mechanisms against cancer
progression, in tumor cells different escape pathways are activated leading to tumor
progression. Recent advances have permitted cancer research to focus on the identification
of some of its etiological factors. The knowledge of cell cycle reveals a precise mechanism
achieved by the coordinated interactions and functions of cyclin-dependent kinases, control
checkpoint, and repair pathways. Furthermore, it has been demonstrated that this
cordinated function can be abrog ated by specific genetic changes. These findings suggest
that the molecular mechanisms responsible for cellular transformation may help to identify
potential targets to improve cancer therapies.
Key words: cell cycle; gene expression regulation; antineoplastic agents, combined; Mexico
Solicitud de sobretiros: Dr. Vicente Madrid Marina. Director del Area de Virología Molecular. Centro de Investigación sobre
Enfermedades Infecciosas, Instituto Nacional de Salud Pública. Av. Universidad 655, colonia Santa María Ahuacatitlán,
62508 Cuernavaca, Morelos, México.
Introducción
Las células cancerosas difieren de las células normales en muchas características,
incluyendo la pérdida de la capacidad de diferenciación, el aumento de invasividad y la
disminución de la sensibilidad a las drogas citotóxicas. Estas características son resultado de
la proliferación celular descontrolada y del proceso de evolución de la célula normal hacia
una célula con potencial tumorigénico. La alta incidencia de cáncer, como una función de la
longevidad celular, sugiere que múltiples alteraciones génicas se requieren para el proceso
de carcinogénesis.1 Se ha sugerido que las células cancerosas presentan mutaciones que
inducen inestabilidad genómica y, por lo tanto, aceleran la tasa de mutaciones del genoma.
Algunas de estas mutaciones afectan a genes que codifican para componentes de los
mecanismos de control del ciclo celular (puntos de control) , los cuales determinan el orden
de los eventos en dicho ciclo, así como la fidelidad e integridad de los sistemas de
replicación y reparación del ADN.2 Además, aunque no está claro cuál es el origen génico de
muchas
enfermedades
(anemia
de
Fanconi,
ataxia
telangiectasia,
etc.),
éstas
se
caracterizan por un aumento en la sensibilidad ante agentes que dañan al ADN, una alta
frecuencia de rearreglos génicos aberrantes y una alta predisposición al desarrollo de
cáncer. En la presente revisión analizamos la función de los puntos de control del ciclo
celular en el desarrollo de la célula cancerosa y su potencial impacto en la prevención y
tratamiento del cáncer.
Control del ciclo celular
El funcionamiento correcto de los procesos del ciclo celular requiere de cambios en
complejos enzimáticos, entre los que se encuentran las ciclinas, las cinasas dependientes de
ciclinas (CDK) y los complejos que se forman entre ambas (CDK-ciclina). Las formas activas
de los complejos CDK-ciclina están constituidas de dos proteínas (una cinasa y una ciclina).
Las cinasas son enzimas que realizan la fosforilación de proteínas, y este evento es de gran
importancia para la regulación del ciclo celular. Los complejos CDK-ciclina dirigen a la célula
de una fase a otra del ciclo celular. Por lo tanto, la dinámica del ciclo dependerá de las
formas activas o inactivas de los complejos CDK-ciclina, entre otros muchos sucesos.
Aunque inicialmente se estudió la función de los complejos CDK-ciclina en Saccharomyces
cerevisiae y Saccharomyces pombe, se han identificado enzimas con actividades similares
en mamíferos. Los estudios en levaduras aún emplean los términos dep34cdc2 para CDK1;
sin embargo, las funciones en el ciclo celular son idénticas. Se sabe que CDK4, CDK2 y
CDK5 se expresan conjuntamente con las ciclinas D1, D2, D3, E, A y B, durante la
progresión de la fase G1 a la fase M (mitosis).3
El complejo CDK4-D funciona tempranamente en respuesta a factores de crecimiento. Los
complejos CDK2-E y CDK2-A son esenciales para la replicación del ADN, y los complejos
CDK2-A y CDK2-B son importantes para la mitosis. Recientemente se han reportado CDK
adicionales.4 La mayoría de los complejos CDK-ciclina de mamíferos pueden remplazar
funcionalmente los correspondientes complejos de levadura, y lo mismo ocurre para las
enzimas que regulan la actividad de las cinasas, lo que sugiere que por la importante
función que tienen los complejos CDK-ciclina en el ciclo celular, éstos se han conservado
durante la evolución de los eucariontes.
Cuando existe algún daño genético, los mecanismos de control transcripcional de los
complejos CDK-ciclina inducen la interrupción del ciclo celular hasta que el daño se corrige.
Esto ocurre en S. ce revisiae5 y en oocitos de Xenopus.6 En mamíferos, la interrupción de la
proliferación de la línea celular Mu1Lu por TGF-b1 es mediado por la proteína p27 que evita
el ensamblaje y activación del complejo CDK2-E.7Además, se han identificado en mamíferos
otras dos proteínas inhibidoras de la actividad de los complejos CDK-ciclina: p16 y p21;811
las cuales bloquean la progresión del ciclo celular en la fase G1; aunque pueden tener
otras funciones aún no conocidas. La inducción de p21 (WAF1 o CIP1) depende de p53 y
ocurre cuando las células tienen daño en el ADN. La proteína p21 interfiere con la actividad
de cinasa del complejo CDK-E. La proteína p16 inhibe la activación de CDK4-D1. Durante la
transición de la fase G1 a la fase S, diferentes substratos pueden ser blanco de los
complejos CDK2-E, como por
ejemplo la proteína
supresora
de tumores pRb. La
proteína pRb se asocia con E2F durante la fase G1 y cuando pRb se fosforila libera a E2F, el
cual participa en la transcripción de varios genes requeridos en el ciclo celular. Estos
mecanismos de control pueden ser activados por diferentes señales fisiológicas que pueden
actuar sobre diferentes complejos CDK-ciclina (figura 1).
Puntos de control y el proceso de tumorigénesis
La replicación y segregación del ADN, de los centriolos y de los polos ecuatoriales están
finamente regulados. Defectos en estos mecanismos resultarán en formas de inestabilidad
genómica como deles iones, amplificaciones, translocaciones, no disyunción de los
cromosomas y cambios en la polaridad del genoma. Estas aberraciones se presentan
durante la evolución de las células normales hacia células con potencial tumorigénico.
Los puntos de control del ciclo celular tienen una función importante en el mantenimiento de
la fidelidad e integridad de la replicación y reparación del genoma. La dinámica del ciclo
celular está regu lada por estos puntos de control que actúan en la transcripción de los
genes de CDK y de las ciclinas, en las modificaciones postranscripcionales de estas
proteínas, o en la degradación de las mismas.12 Los procesos de regulación por
retroalimentación positiva y negativa también contribuyen a la progresión del ciclo
celular.12 Los controles negativos en dicha progresión están presentes durante el desarrollo,
diferenciación, senes cencia y muerte celular, y pueden tener una función importante en la
prevención de la tumorigénesis.
Se conocen dos estadios donde operan los puntos de control en el
ciclo celular: uno al final de la fase G1 y la entrada a la fase S, y el
otro, en la transición de la fase G2 a la fase M. De manera general, en la
mayoría de los casos, la interrupción de la proliferación celular ocurre cuando la integridad
del genoma ha sido comprometida. Alteraciones en el proceso de interrupción del ciclo
celular permiten que células con genomas inestables evolucionen a células cancerosas.
Tales circunstancias podrían incluir: la senescencia celular, en donde los telómeros
(secuencias repetidas que están en los extremos de los cromosomas) se pierden o llegan a
ser cortos y se forman los cromosomas dicéntricos inestables; la muerte celular por
apoptosis, donde las nucleasas que degradan al ADN están alteradas, y la naturaleza de la
respuesta
inmune
del
hospedero,
donde
se
requiere
el
rearreglo
de
genes
de
inmunoglobulinas o del receptor de antígenos de linfocitos T, entre otros casos. No
obstante, las células tienen la capacidad de detener la progresión del ciclo celular en una
fase específica, cuando el daño es inducido por agentes extrínsecos que inhiben la
replicación del ADN. Los genes que codifican para proteínas que participan en esta
detención y que establecen la dependencia del ciclo celular son los que constituyen los
puntos
de
control
del
ciclo,13 regulando
los
procesos
de
replicación,
activación
transcripcional, progresión del ciclo celular y apoptosis.
Función de p53 en el control del ciclo celular
La p53 es un transregulador transcripcional conocido como un gen supresor de tumores. La
proteína presenta tres dominios: el N-terminal, que activa la transcripción; el central
hidrofóbico, con re iones conservadas que al mutar alteran la capacidad de unión al ADN y
su actividad como factor transcripcional, y el C-terminal, que participa en la oligomerización
y unión específica al ADN. Entre las funciones más importantes de p53 se encuentran su
capacidad para regular la transcripción de genes que participan en el control del ciclo
celular. Mutaciones de p53 pueden inducir cambios en el ciclo celular y, por lo tanto,
contribuir al desarrollo de cáncer.14 En varios estudios, se ha encontrado a p53 mutado
asociado a diversas neoplasias (cuadro I).
La proteína p53 funciona como un regulador negativo del ciclo celular, por lo que
alteraciones en el gen que interfieren con su función conducen a la pérdida de esta
regulación, lo que produce una rápida proliferación celular. La pérdida de la función
de p53 está asociada con la inmortalización y/o transformación in vitroin vivo.15 Se ha
propuesto que p53 funciona como un punto de control para regular el paso de las células de
un estado de reposo a otro de proliferación. Esto se observa cuando las células se exponen
a agentes que dañan el ADN. Se sabe que la elevación de los niveles de p53 induce a que
las células se detengan al final de la fase G1 y se reparen los daños en el ADN propiamente
por la maquinaria de reparación de éste, antes de continuar con su replicación en la fase S.
Las células con p53 mutado no interrumpen el ciclo celular aun después de que el ADN ha
sufrido daño.16 y al desarrollo de neoplasias.
Como ya se mencionó, se conocen dos estadios donde operan los
puntos de control en la progresión del ciclo celular: en relación con
el primero, al final de la fase G1 y la entrada a la fase S del ciclo
celular, p 53 tiene una función central, ya que aumenta los niveles
de los complejos CDK-ciclina,17 que a su vez modulan la expresión de
genes que participan en la proliferación celular, específicamente en
la interrupción del paso de la fase G1 a la fase S, y esto permite la
reparación del ADN dañado antes de que continúe el ciclo celular.
Además, hay evidencias que demuestran que p53 interactúa con los
complejos CDK-ciclina.17,18 De esta manera, p53 puede reprimir la
expresión de genes que participan en los procesos de replicación y
transcripción del ADN, como es el caso del antígeno nuclear de
proliferación celular (PCNA), B-myb, la ADN polimerasa a, C-fos,19 Cjun,19 MDM2; o bien, activa genes reguladores negativos de la
proliferación celular como Rb, WAF1/CIP1/SD11, GADD45 y GADA,
produciendo
interrupción
del
ciclo
celular
o
muerte
por
apoptosis.9,20,21 En relación con el segundo estadio, donde operan los
puntos de control y que comprende la transición de la fase G2 a la
fase M del ciclo celular, se tiene poca información. Los puntos de
control en fases tempranas del ciclo están representados por los
complejos CDK-ciclina. Por ejemplo, las actividades de CDK2-E y
CDK2-A son inhibidas por radiación ionizante en una manera
dependiente de p53, mediante la activación transcripcional de p2122
(figura 2).
Existen evidencias que sugieren que alteraciones en p53 y en los puntos de control
producen inestabilidad genómica y sobrevivencia inapropiada de células dañadas, que
contribuyen a la evolución de células normales a células malignas. Entre estos hallazgos se
pueden mencionar: a) el hecho de que p53 se encuentra mutado en muchos tipos de
cánceres,23 lo que sugiere que anormalidades en los puntos de control de la fase G1 a la
fase S son importantes en la tumorigénesis; b) las aneuploidias y las amplificaciones de
genes son comunes en células mutadas en p53,24 lo que sugiere que la pérdida de la función
de p53 está asociad a la inestabilidad genómica; c) los productos de genes virales
relacionados con cáncer (SV40, VPH y adenovirus) alteran la función de varias proteínas
celulares incluyendo a p53 y Rb, y pueden afectar la función de los puntos de control que
operan en el paso de la fase G1 a la fase S del ciclo celular. 25 El complejo entre la proteína
transformante del virus de papiloma humano E6 y p53 conduce a una rápida degradación
de p53 mediante proteólisis dependiente de ubiquitina, y por lo tanto, se pierde la
interrupción del ciclo celular inducido por p53;26 d) los pacientes con ataxia telangiectasia
tienen inestabilidad genómica, alta incidencia de linfomas linfoblásticos27 y presentan
alteraciones en genes que se requieren para la inducción óptima de p53 en la fase S
después de la irradiación, y e) en adenocarcinomas de epitelio esofaríngeo se ha sugerido
una función de los mecanismos que controlan el paso de la fase G1 a la fase S dependiente
de p53. Además, la expresión anormal de las ciclinas D, E y A, en asociación con varias CDK
alteradas, en células deficientes de la función de p53, sugiere un mecanismo adicional de la
pérdida de los puntos de control durante la transición de la fase G1 a la fase S en el proceso
de tumorigénesis.8
En algunos tejidos y bajo ciertas condiciones fisiológicas, la inducción de p53 por daño al
ADN causa muerte celular por apoptosis, en lugar de interrupción del ciclo celular en la fase
G1.28 En estas instancias, la pérdida de la capacidad para que las células mueran por
apoptosis puede contribuir a la inestabilidad genómica y a la tumorigénesis y, en
consecuencia, a la pérdida del mecanismo de eliminación de células con daño génico. Esto
ocurre tempranamente en la progresión del cáncer y permite la inestabilidad genómica con
la sobrevivencia de células dañadas, o bien, ocurre tardíamente en la tumorigénesis y
contribuye a la sobrevivencia de las células en situaciones fisiológicas inapropiadas.29 La
selección negativa en el tejido tímico ocurre por apoptosis, y alteraciones en este
mecanismo
contribuyen
al
desarrollo
de
linfomas
linfoblásticos.
Por ejemplo, el oncogén Bcl-2, asociado a linfomas granulocíticos, bloquea la apoptosis
mediada por p53 después de la irradiación de timocitos y otros tipos celulares 30 (cuadro I).
Además , el oncogén celular c-myc y el gen de adenovirus E1A, pueden simultáneamente
participar en la proliferación celular y la apoptosis.31Así, el proceso de apoptosis puede estar
regulado por genes que controlan la progresión del ciclo celular, lo que puede resultar en el
aumento de la inestabilidad genómica y de la sobrevivencia de células transformadas.
Función
de
Rb
en
el
control
del
ciclo
celular
El otro transregulador transcripcional del ciclo celular es Rb, originalmente alterado en
individuos con retinoblastoma. Rb es un gen supresor de tumores que inhibe la proliferación
celular. Esto se ha demostrado en células tumorales que carecen de este gen, y al momento
de transfectarlas con Rb, se observa una supresión del potencial tumorigénico. 32 Además, se
ha observado que un exceso de Rb puede inhibir la proliferac ión celular aun en células
normales.33 No se ha reportado que Rb tenga una regulación transcripcional, por lo que este
gen se expresa constitutivamente en células en división o en estado de reposo. Por lo tanto,
la regulación de Rb ocurre a nivel postranscripcional, por fosforilación de la proteína (pRb).
Aunque directamente la función de pRb no se asocia con la interrupción del ciclo celular,
existen evidencias de que la forma no fosforilada de pRb es responsable de la interrupción
de la proliferación celular. Además, la fosforilación de esta proteína es crucial para su unión
con otras proteínas involucradas en la activación transcripcional y en la regulación del ciclo
celular.34
Para determinar la función de pRb, se ha estudiado su estado de fosforilación durante el
ciclo celular.35 En las fases G0 y G1 tempranas del ciclo, pRb se encuentra hipofosforilada
(forma activa). La fosforilación de pRb ocurre entre las fases G1 y S, y aumenta en las fases
G2 y M (forma inactiva). Cuando la célula termina la mitosis pRb se defosforila. La actividad
de pRb está principalmente asociada a inhibición de la proliferación celular por contacto
célula-célula, por falta de estímulos proliferativos o por la presencia de estímulos
antiproliferativos como TGF-b1 o TNF-a.36 En células normales en reposo, pRb se encuentra
hipofosforilada y asociada al factor transcripcional E2F.34
Los diferentes estados de fosforilación de pRb durante el ciclo celular sugieren
que pRb es un sustrato de los complejos CDK-ciclina. La expresión , fosforilación y
formación de los complejos CDK-ciclina durante la fase G1 tardía, están asociados a la
inactivación de pRb.37,38 Por ejemplo: CDK2 se une con pRb y la fosforila en residuos de
serinas o treoninas in vivo.39 CDK4-D se une y fosforila pRb in vitro.40 Las ciclinas E y D se
acumulan en la fase G1 tardía, y su expresión corresponde con el momento en el que ocurre
la fosforilación de pRb,38 mientras que la expresión de la ciclina A ocurre en la fase S
temprana y en la fase G2, cuando pRb se encuentra hiperfosforilada 40 (figura 2). En
general, las ciclinas D2 y D3 son más estables para formar complejos específicos con pRb
que las ciclinas A y E.40 Además, en células con daño genético, la transfección con pRb
induce interrupción de la proliferación celular en la fase G1; sin embargo, al realizar una
cotransfección con las ciclinas A o E, se libera el arresto celular inducido por pRb y se
produce
hiperfosforilación
de
pRb.40
En tumores humanos donde pRb está mutada, ésta no se fosforila y pierde la capacidad de
suprimir la proliferación celular. Esta mutación impide la unión de pRb a factores de
proliferación celular e incluso la unión con oncoproteínas virales, 41por lo que pRb puede
actuar como un precursor de tumores al no inducir la interrupción del ciclo celular. No
obstante, existen evidencias sobre la interrupción del ciclo celular por pRb al modular la
actividad de varios factores de transcripción.42 Normalmente, el factor de elongación de la
transcripción E2F forma un complejo con pRb no fosforilada e impide la transcripción de
genes requeridos en la fase S.43 Estos complejos pRb-E2F pueden ser disociados por varias
oncoproteínas virales como E1A, e incluso ésta disocia los complejos de ciclina A, CDK2 y
p107 unidos a pRb, que se forman durante la fase S.44,45 Por lo tanto, la formación de
complejos entre pRb y E2F puede ser interferida por proteínas virales como E1A de
adenovirus, E7 del virus de papiloma humano y antígeno T de SV40, que son capaces de un
irse a pRb no fosforilada44,45 (figura 2). El mecanismo de regulación por parte del complejo
pRb-E2F
ya
ha
sido
bien
caracterizado.46
Finalmente, pRb no sólo actúa como gen supresor de tumores, sino también como activador
de la transcripción de genes que suprimen la proliferación celular.47 Por ejemplo, la
transfección con Rb activa la transcripción de los genes TGF-b1 y TGF-b2 en queratinocitos,
factor que interrumpe la progresión del ciclo celular en la fase G1, mientras que pRb
permanece defosforilada.48 Además, se conoce que pRb puede participar en el proceso de
apoptosis
mediada
por
p53.49,50
Activación
celular
y
puntos
de
control
del
ciclo
celular
La activación celular es un programa finamente regulado en donde participan una gran
cantidad de elementos los cuales son regulados por varios mecanismos de control. En la
mayoría de los casos, la activación celular comienza con la interacción del ligando con el
receptor correspondiente (por ejemplo antígeno-receptor de linfocitos T, EGF-EGFR, IL-2IL2R, etc.). La transducción de señal se continúa en el interior celular con la activación de
proteínas tirosinas cinasas (Fyn, Lyn, Lck, ZAP-70, etc.) que se encuentran acopladas a los
dominios intracelulares de los receptores. La estimulación del receptor también puede
involucrar la activación de la fosfolipasa C (PLC) que hidroliza al fosfatidil inositol bifosfato
(PIP2) y genera inositol trifosfato (IP3) que mobiliza iones Ca++, y diacilglicerol (DAG) que
a su vez activa a la proteína cinasa C (PKC). La inducción de tirosinas cinasas y PKC activan
a los miembros de la familia de Ras (Ash, Grb2, Ras, Sos, etc.), los cuales trasmiten la
señal al núcleo a través de la activación de proteínas cinasas activadas por mitógeno
(MAPKK, MAPK, JNKK, JNK) y se lleva a cabo la activación transcripcional de muchos genes
a través del reconocimiento de elementos de respuesta específicos, como por ejemplo AP-1
y SRE. Otra vía de transducción es la de adenilato ciclasa (AC), la cual se encuentra
asociada a receptores que al ser activados producen AMPc. El AMPc activa la proteína cinasa
A (PKA) para generar la proteína de unión al elemento de respuesta a AMPc (CREB). En las
situaciones donde existe daño genético se induce a p21 a través de la forma activa de p53.
Entre las funciones de p21 se encuentra la disociación de los complejos CDK-ciclina
y en consecuencia s e interrumpe el ciclo celular. La formación de los complejos
CDK2-E activos disocia a los complejos pRB-E2F liberando a E2F, lo cual influye en
la activación transcipcional y en la progresión del ciclo celular (figura 2).
Como puede apreciarse, existe una estrecha asociación entre el proceso de activación
celular y los puntos de control del ciclo celular. Los puntos de control en la transición de la
fase G1 a la fase S y de la fase G 2 a la fase M son importantes en la protección de las
células de fuentes exógenas de daño al ADN. Sin embargo, este daño puede ser causado
por procesos celulares intrínsecos como el rearreglo de genes durante el desarrollo, la
senescencia celular y la muerte celular por apoptosis. Cuando el daño es generado por
procesos intrínsecos, los puntos de control sobre la proliferación celular son importantes en
la prevención de la evolución de las células normales a cancerosas. Se ha informado una
asociación entre el aumento de edad, la incidencia de cáncer, el aumento de daño al ADN -
debido a una exposición acumulada de agentes que lo dañan y la disminución de la
capacidad de reparación del ADN.51 Por otra parte, los estudios de senescencia celular han
revelado una importante fuente de daño celular intrínseco. Los fibroblastos humanos
normales no expresan telomerasa; por lo tanto, los telómeros decrecen con la proliferación
celular. Se ha sugerido que la senescencia celular está asociada a la pérdida de secuencias
teloméricas52 y que los cromosomas con telómeros cortos activa n puntos de control que
inhiben
la
proliferación
celular.53 Las
células
senescentes
tienen
un
aumento
de
aberraciones cromosómicas, con asociaciones telómero-telómero, por lo que el programa
senescente normal puede generar inestabilidad genómica. Un gen que es necesario para
interrumpir la proliferación en células senescentes es p21 (WAFI/CIPI/SDII),20 cuyo
producto se une a los complejos CDK-ciclina e inhibe sus funciones. La pérdida de p21 en
bilidad
genómica
(figura
1).
Durante el rearreglo de genes de inmunoglobulinas y del receptor de linfocitos T se generan
rupturas del ADN y hay proteínas que inhiben la progresión del ciclo celular durante estos
procesos.54,55 Por lo tanto, los genes que codifican estas proteínas son blancos potenciales
para mutaciones que podrían generar inestabilidad genómica. Estas mutaciones son
importantes en la etiología de linfomas y leucemias. El escape de la interrupción de la
proliferación celular, por mutación en genes que controlan la proliferación durante la
apoptosis, induce la proliferación de células con inestabilidad genómica, que estaban
comprometidas
a
morir.
Por otra parte, el funcionamiento inapropiado del uso mitótico induce interrupción de la
progresión del ciclo celular. Además, hay inhibición de un nuevo ciclo si la mitosis no fue
completada en el cic lo previo debido a la inhibición del ensamblaje de microtúbulos. 53 Se ha
informado que las células cancerosas tienen un aumento en la resistencia a agentes
antimicrotúbulos en relación con las células normales.56La regulación de los centriolos ha
sido menos estudiada; sin embargo, defectos en su duplicación inducen detención de la
mitosis por medio de un punto de control. Por ejemplo, la expresión del antígeno T del virus
SV40 e n tejido pancreático murino produce anormalidades en el número y segregación de
centriolos, y esto a su vez genera inestabilidad genómica.57 El producto del proto-oncogén
c-mos, un regulador de la metafase meiótica, produce poliploidia cuando se expresa
anormalmente en células mitóticas, así como durante la tumorigénesis 58 (figura 2).
Respecto a la transición de la fase G2 a la fase M, ésta es inhibida por el daño y replicación
alterada del ADN. Los puntos de control evitan la segregación de cromosomas alterados. Se
han identificado pocos genes que controlan la transición de la fase G2 a la fase M; sin
embargo, los defectos en la regulación de los puntos de control que actúan en esta etapa,
pueden ser importantes en la tumorigénesis. Por ejemplo, se ha de mostrado que la
sobrexpresión de Ras normal o mutado promueve la formación de células multinucleadas y
desórdenes mitóticos, lo que sugiere que Ras puede participar en la desregulación de la
transici ón de la fase G2 a la fase M del ciclo celular. Las células de individuos con
predisposición a cáncer familiar muestran mayor frecuencia de rupturas cromosómicas
después de la irradiación.59 Las célu las de pacientes con ataxia telangiectasia se detienen
en la fase G1 después de la irradiación.60 Líneas celulares derivadas de cánceres humanos
interrumpen su progresión en la fase G2 después del daño al A DN. 61Además, la expresión
alterada de elementos, que participan en la transición de la fase G2 a la fase M, como las
ciclinas
A,
Control
B
del
y
de
ciclo
CDK2,
se
celular
presenta
y
en
los
terapia
mismos
contra
cánceres. 11,13
el
cáncer
En términos generales, en las estrategias instrumentadas contra el desarrollo del cáncer, el
efecto que produce la mayoría de los agentes antineoplásicos es daño al ADN, al aparato
mitótico, a las topoisomerasas, o inhiben la síntesis o incorporación de precursores del ADN.
El éxito de estos agentes en la muerte selectiva de las células cancerosas varía
principalmente en función del tipo de cáncer. Algunos cánceres son sensibles a estos
agentes y son curables (leucemia linfoblástica aguda y cánceres de células germinales),
mientras que otros son relativamente resistentes y no son curables (carcinoma de colon).
Esta
variabilidad
de
respuestas
refleja
la
especificidad
celular
ante
los
agentes
anticancerígenos. En consecuencia, los puntos de control del ciclo celular representan una
buena
opción
para
la
aplicación
de
los
agentes
quimioterapé
uticos.13
En este contexto, varias propiedades importantes de los puntos de control del ciclo celular
merecen
cierta
consideración.
1. Los puntos de control son sistemas de transducción de señal. La existencia de varios
componentes para cada uno de los puntos de control sugiere la presencia de cascadas de
transmisión, y cada una de éstas representa múltiples blancos para la intervención
terapéutica.
2. La mayoría de los genes de los puntos de control son esenciales en células normales, 62 ya
que ellos codifican para componentes de la maquinaria del ciclo celular que emiten o
suprimen señales, o porque participan en más de una función celular. Para las vías no
esenciales, los agentes terapéuticos que están dirigidos hacia los puntos de control sólo
serán detectados por su sinergismo con otros agentes que dañ en a la célula.
3. Los puntos de control aseguran la fidelidad e integridad de la replicación y segregación
genómica. La reparación del daño espontáneo del ADN requiere del correcto funcionamiento
de los puntos de control para que las células mantengan esta fidelidad e integridad en la
replicación del genoma. Por lo tanto, la restauración de los puntos de control que están
alterados podría retardar la evolución de la célula normal a célula cancerosa, de igual
manera
que
en
ausencia
de
fuentes
exógenas
que
dañan
al
ADN.
4. Los sistemas de transducción de señal exhiben adaptación. Si los puntos de control están
dañados, las células prosiguen el ciclo celular aun cuando la alteración no haya sido
reparada. Las alteraciones génicas que aumentan la habilidad de las células para adaptarse
podrían acelerar la evolución del proceso neoplásico. Además, la inhibición de los
componentes involucrados en la adaptación sugiere blancos terapéuticos para reparar los
puntos de control alterados, como un mecanismo que retardaría la evolución de las células
normales
a
células
precancerosas.
5. La activación de los puntos de control induce una variedad de respuestas celulares. Por
ejemplo, la expresión anormal de p53 en células que entran a la fase S con el ADN dañado
es más nociva, por el hecho de que estas células no sufren muerte por apoptosis. La función
de los puntos de control en la apoptosis está influida por el tipo celular y por la naturaleza
de las señales de proliferación, o bien, por el daño al cual las células responden. La
restauración de los puntos de control podría inducir la respuesta de muerte celular por
apoptosis de las células cancerosas y aumentar la sensibilidad a los agentes que daña n el
ADN. De hecho, al aplicar terapia génica con p53 normal a células de cáncer cervicouterino,
se induce el proceso de apoptosis.63 Por lo tanto, los componentes de la respuesta
apoptótica podrían ser usados com o blancos terapéuticos, si la apoptosis pudiera ser
activada en ausencia del daño al ADN. Esto podría ser posible para probar la especificidad
de cierto tipo de células cancerosas, ya que no todas las células responden a las mismas
señales
apoptóticas.64
El conocimiento de nuevas drogas que inhiben o activan puntos de control permite la
designación de estrategias terapéuticas eficientes. Para los cánceres localizados, la
inhibición de un punto de control no tiene efecto en las células que simultáneamente no se
expusieron a agentes que dañan el ADN, por lo que la radiación local de los cánceres o la
acción de agentes citotóxicos facilitará el uso de tales compuestos. Las células de individuos
con ataxia telangiectasia tienen alteraciones en los puntos de control que regulan el ciclo
celular en la transición de la fase G1 a la fase S, y de la fase G2 a la fase M después de la
radiación local, y son sensibles a efectos citotóxicos de radiación. 65 Por lo menos, uno de los
genes responsables de ataxia telangiectasia ha sido localizado en el cromosoma 11q 23, y
éste
podría
ser
un
blanco
terapéutico
idóneo.
Una característica que puede distinguir a los cánceres que son curados con quimioterapia es
la capacidad de sanar por un rápido proceso de apoptosis, en respuesta a agentes
citotóxicos. Algunos de los genes q ue regulan la progresión del ciclo celular de la fase G1 a
la fase S están involucrados en el control de la apoptosis.66 Además, la muerte celular por
apoptosis ocurre como un balance del control positivo y negativo de las señales de
proliferación,67,68 lo cual sugiere asociaciones entre genes que controlan el proceso de
apoptosis y el ciclo celular. Estos genes son posibles blancos para la manipulación de la
sobrevivencia celular después de la exposición a agentes citotóxicos. El producto del gen
Bcl-2 protege a las células de la muerte por apoptosis mediada por
Bax.31 La
caracterización de otras moléculas similares a Bcl-2 o que interactúan con Bcl-2, tales como
B
cl-xl
y
Mcl-1,30 sugieren
blancos
atractivos
para
el
implemento
de
terapias
anticancerígenas. Por otra parte, mientras que los fibroblastos usan a p53 para interrumpir
el ciclo celular después del daño del ADN, los timocitos mu eren por apoptosis mediada por
p53. La pérdida de la función de p53 en las células que inician el proceso de apoptosis
produce resistencia al tratamiento citotóxico.69,70Así, una terapéutica global sería inducir el
proceso de apoptosis, en lugar de interrumpir el ciclo celular en las células cancerosas que
tienen
p53
mutado.
Los controles moleculares de la progresión del ciclo celular pueden proveer nuevos blancos
para agentes citotóxicos. Por ejemplo, las células cancerosas mutadas en Rb tienen un
aumento en los niveles de E2F-1 , lo cual teóricamente resultaría en el aumento de la
transcripción de ciertos genes como: dihidrofolato reductasa (DHFR), timidilato sintetasa
(TS), ribonucleótido reductasa (RR) y timidina kinasa (TK). El aumento de la expres ión de
DHFR induce resistencia a metotrexate. De manera similar, el 5-fluorouracilo u otros
inhibidores de TS pueden ser efectivos, no sólo porque funcionan regulando negativamente
al DHFR, sino porque actúan uniéndose a la TS e inhiben su actividad. Tal efecto podría ser
usado en el osteosarcoma, en el cual Rb está mutado, y el metotrexate es un agente
antineoplásico comúnmente usado. Además, el metabolismo de purinas se ha estudiado a
mpliamente y representa otra alternativa para el desarrollo de agentes antineoplásicos. 71
Nuevos productos génicos o productos de genes sobrexpresados en cánceres específicos
proveen otros blancos potenciales para la terapia contra el cáncer. Por ejemplo, la proteína
quimérica timidi na cinasa bcr-abl y el factor transcripcional AML-1, no están presentes en
los tejidos normales, pero se generan de translocaciones cromosomales en la leucemia
mielogénica crónica y en la leucemia mieloide aguda, respectivamente. Estas proteínas
contribuyen a la alteración del ciclo celular y el proceso de apoptosis en las células
malignas; por lo tanto, disparan la expresión de genes específicos, afectando la mayoría de
los puntos de control. La reciente demostración de la expresión de telomerasa en células
cancerosas pero no en células normales, así como la potencial dependencia de las células
cancerosas de la actividad de la telomerasa para la viabilidad, supone a la telomerasa como
otro blanco atractivo para la terapia específica anticancerígena.72 La pérdida de la
telomerasa probablemente activa los puntos de control en la transición de la fase G2 a la
fase M, induce la interrupción del ciclo celular, y probablemente, el proceso de apoptosis.73
Control
del
ciclo
celular
y
prevención
del
cáncer
Si la inestabilidad genómica es una de las condiciones para el desarrollo del cáncer, la
reducción de esta inestabilidad ayudaría a prevenirlo. Por ejemplo: p53 es la proteína de
control del ciclo celular mejor caracterizada, relacionada con la inestabilidad genética.
Mutaciones en p53 parecen ocurrir en etapas tempranas de ciertos cánceres y pueden estar
presentes en displasias, pero no en lesiones malignas del epitelio bronquial.74 La exposición
de tales células a agentes que dañan el ADN puede explicar el aumento en la frecuencia de
aberraciones génicas. La prevención del daño al ADN evitaría tales aberraciones. No todo el
daño al ADN es causado por agentes exógenos; también se presenta intracelularmente daño
oxidativo que conduce a la célula de normal a maligna. 75 Por lo tanto, la prevención del
daño oxidativo posiblemen te sería efectiva en el desarrollo del cáncer para retardar o evitar
la transformación maligna. Los agentes ambientales que alteran los puntos de control del
pase de la fase G1 a la fase S, aumentan la inestabilidad genómica de igual manera que el
daño oxidativo.75 La identificación y/o eliminación de los agentes ambientales que actúan
inhibiendo los puntos de control o reparación del ADN, pueden ser una estrategia de
prevención efectiva contra el cáncer. Los cánceres de cabeza, cuello, orales, esofaríngeos y
de la piel presentan mutaciones en p53,76 y todos los tejidos tienen probablemente una
exposición significativa a agentes que dañan el ADN . Alternativamente, si las células
cancerosas premalignas retienen a p53 normal, la inducción del proceso de apoptosis podría
retardar el porcentaje de progresión a un estado maligno. En células donde están alterados
los puntos de control, la restauración de la función de éstos es otro mecanismo potencial
para abolir la progresión del cáncer, pero es una de las tareas más difíciles de realizar. Sin
embargo, las estrategias para la manipulación de la función de p53 incluyen técnicas de
transfección de genes (terapia génica) que inducen la expresión de p53 para restaurar su
función normal.63 Estos resultados sugieren que la transfección con p53 normal a células
con cáncer cervical representa una potencial estrategia para la terapia de este tipo de
cáncer. La inactivación de la proteína MDM2 es otro blanco potencial para restaurar la
función
de
p53.77
Perspectivas
El desarrollo de nuevas estrategias preventivas y quimioterapéuticas para el tratamiento del
cáncer requerirá de un mejor entendimiento de los constituyentes moleculares de los puntos
de control del ciclo celular y de la maquinaria de reparación del ADN. Sin embargo, se
pueden hacer algunas predicciones. Las estrategias para favorecer la muerte celular por
apoptosis son más efectivas que aquellas que intentan interrumpir la progresión de la
proliferación celular; además, las células cancerosas frecuentemente pierden los puntos de
control del ciclo celular y las funciones de reparación, o ambas. La sobrevivencia de las
células cancerosas a la quimioterapia o radioterapia dependerá de los puntos de control
específicos y/o mecanismos de reparación que han sido alterados, permitiendo ya sea
susceptibilidad a estos agentes cuando la reparación del daño es más importante para
sobrevivir, o bien, resistencia cuando la respuesta apoptótica es prioritaria. Además, será
posible caracterizar los tumores individuales por sus puntos de control y estados de
reparación y, por lo tanto, predecir su respuesta a terapias particulares. Los controles
moleculares y las distinciones bioquímicas entre las células cancerosas y normales en los
mecanismos
de
control
proveen
nuevos
blancos
potenciales
para
las
terapias
antineoplásicas, así como métodos para la identificación de agentes que afectan estos
nuevos blancos. Si el desarrollo de inestabilidad genómica contribuye a la transformación
celular y a la progresión del cáncer, entonces las estrategias que reducen la inestabilidad
podrían
disminuir
la
incidencia
o
el
porcentaje
de
desarrollo
de
cáncer.
Aunque la terapia génica representa una alternativa como tratamiento contra el cáncer, ésta
tiene sus limitaciones. Por ejemplo, siendo el cáncer una enfermedad con alteraciones en
diversos genes, uno pensaría introducir todos los genes alterados. Sin embargo, la
aplicación de terapia génica con genes supresores de tumor como p53 ha dado buenos
resultados en cáncer de pulmón y del cérvix.63,78-80 Por otro lado, se aplicaría terapia génica,
si se tratase de enfermedades con fondo genético que sean terminales, y si la aplicación de
tratamientos actuales no tuviese ningún efecto. Así, el cáncer con base genética, en
estadios avanzados, terminal e incurable, representa un buen candidato para aplicar estas
manipulaciones genéticas. El entendimiento de los procesos moleculares que participan en
la inestabilidad genómica, la susceptibilidad al daño, la reparación del ADN, el control del
ciclo celular y la muerte celular por apoptosis será requerido para el desarrollo de nuevas
estrategias de tratamiento.
I.5. Genes supresores del cáncer
El cáncer puede ser consecuencia no sólo de la activación de los oncogenes que estimulan el
crecimiento, sino también de la inactivación de los genes que normalmente inhiben la
proliferación celular, los denominados genes supresores del cáncer o antioncogenes. El gen
Rb, localizado en el cromosoma 13q14, es el prototipo de gen supresor del cáncer.
Interviene en la patogenia del tumor infantil retinoblastoma. El 40% de los retinoblastomas
son familiares y el resto son esporádicos. Para justificar la doble presentación familiar y
esporádica, se propuso la hipótesis de dos golpes:
Para que el retinoblastoma se desarrolle han de inactivarse los dos alelos
normales del locus Rb.
En los casos familiares, el niño hereda una copia defectuosa del gen Rb en la
línea germinal; la otra copia es normal. El retinoblastoma aparece cuando los
retinoblastos pierden el gen Rb normal a consecuencia de una mutación
somática.
En los casos esporádicos, se pierden los dos alelos Rb normales por
mutaciones somáticas en uno de los retinoblastos.
El cáncer se desarrolla cuando las células se hacen homocigóticas para los
genes supresores de cáncer mutados. Como las células heterocigóticas son
normales, a estos genes se les ha llamado también genes recesivos del
cáncer.
El locus Rb podría intervenir en la patogenia de varios cánceres, ya que los
pacientes con retinoblastoma familiar corren un gran riesgo de desarrollar
osteosarcomas y sarcomas de los tejidos blandos.
PRODUCTOS PROTEICOS DE LOS GENES SUPRESORES DEL CÁNCER
Los productos proteicos de los genes supresores del cáncer más importantes son los
siguientes:
Gen Rb: el producto del gen Rb regula la progresión de las células desde la
fase GI del ciclo celular a la fase S. En su estado hipofosforilado, se une e
inactiva a los factores de transcripción E2F, impidiendo que las células
penetren en la fase S. Cuando la célula recibe el estímulo de los factores de
crecimiento, las ciclinas D y E también son estimuladas y activan a las CDK
(CDK4 y CDKó); a su vez, éstas producen la fosforilación de pRb y la liberación
de factores de transcripción E2E Así pues, la transcripción de los genes es
esencial para que la célula inicie la fase S. Cuando existen mutaciones del gen
Rb, la regulación de los factores de transcripción E2F se pierde y la célula
permanece en el ciclo, aunque no reciba ningún estímulo para el crecimiento.
Existen otros mecanismos que regulan el ciclo celular a través de la proteína
Rb, entre los cuales se encuentran:
El factor de transformación del crecimiento de las B (TGF-P). Es una citocina
inhibidora del crecimiento que estimula a los inhibidores de las CDK y, por
tanto, evita la fosforilación de pRb.
El gen supresor del cáncer p53 también ejerce un efecto inhibidor del
crecimiento mediante la estimulación de la síntesis de p21, un inhibidor de
CDK.
Varios virus oncogénicos DNA (virus del papiloma humano o VPH) producen
una deleción funcional de pRb, uniéndose a ella y desplazando a los factores
de transcnpción E2E
p53. El gen supresor del cáncer p53, localizado en 17p13.1, se encuentra
mutado en más del 50%, de todos los tumores humanos. Las personas que
heredan una copia mutada del gen p53 (síndrome de Li-Fraumeni) corren un
alto riesgo de desarrollar un tumor maligno, en caso de que se produzca la
inactivación del segundo alelo normal en las células somáticas. Los pacientes
con síndrome de Li-Fraumeni desarrollan muchos tipos distintos de tumores,
entre ellos leucemias, sarcomas, cáncer de mama y tumores cerebrales. La
función del gen p53 normal consiste en evitar la propagación de células can
alteraciones genéticas. Cuando el DNA sufre daños a causa de la luz
ultravioleta (UV), una sustancia química o la radiación, el gen p53 normal se
activa y estimula el inicio de la transcripción de varios genes, todos los cuales
detienen el ciclo celular y efectúan la reparación del DNA. La parada del ciclo
celular en la fase GI está mediada por la transcnpción, dependiente de p53,
del inhibidor de CDK p21. Si durante la pausa del ciclo celular puede repararse
el DNA, la célula podrá continuar hacia la fase S; por el contraria, si resulta
imposible reparar la lesión del DNA, p53 inducirá la apoptosis, aumentando la
transcripción del gen proapoptótico bax. Cuando se produce una pérdida
homocigotica de p53, resulta imposible reparar el DNA y las células
poseedoras de los genes mutantes continúan dividiéndose y terminan por dar
lugar a un cáncer. Lo mismo que sucede con el gen Rb, los productos de virus
oncogénicos DNA pueden inactivar al gen p53.
BRCA-1 y BRCA-2. Alrededor del 5 al 10% de los cánceres de mama son
familiares, y las mutaciones de los genes BRCA-1 y BRCA-2 podrían justificar
hasta el 80% de estos casos. Las mujeres que heredan copias defectuosas de
BRCA-1 corren un nesgo mayor de desarrollar cánceres de ovario, mientras
que las mutaciones de BRCA-2 en la línea germinal imponen un mayor nesgo
de sufrir cánceres de ovario y mama y, posiblemente, de otros órganos. La
función de estos genes no se conoce por completo; sus productos se localizan
en el núcleo y parece que desempeñan un papel en la reparación del DNA.
Gen APC. Las personas que nacen con una mutación en un alelo de este gen
desarrollan cientos de pólipos adenomatosos del colon, de los que uno o varios
acaban convirtiéndose en carcinomas. En el 70 al 80% de los cánceres de
colon esporádicos también se encuentran mutaciones de APC con pérdida
homocigótica. La proteína APC normal se une en el citoplasma a otra molécula,
llamada β-catenina, a la que degrada. En ausencia de proteína APC, los niveles
de β-catenina aumentan y la molécula pasa al núcleo, donde estimula la
proliferación celular. Es decir, APC es un factor de regulación negativa de la βcatenina.
Gen NF-1. Este gen supresor del cáncer regula la transducción de señales
mediante la vía ras. La pérdida homocigótica de NF-1 altera la conversión de
ras activo, unido a GTP, en ras inactivo (unido a GDP), por lo que las células
continúan recibiendo estímulos para su división. Igual que sucede con APC, la
transmisión de una línea germinal con un alelo mutante de NF-1 predispone al
desarrollo de numerosos neurofibromas benignos, algunos de los cuales
pueden progresar hacia la malignidad.
Receptores de la superficie celular. Uniéndose a sus receptores, el TGF-β
estimula a los genes inhibidores del crecimiento, entre ellos los inhibidores de
la CDK. En muchos cánceres de colon, existen mutaciones de los receptores de
TGF-B, lo que impide a éste desarrollar sus efectos de limitación del
crecimiento. La cadherina E de la superficie de muchas células epiteliales actúa
como cemento para mantener unidas a las células. La pérdida de estas
glucoproteínas en muchos cánceres facilita la disgregación de las células
neoplásicas y la infiltración local o a distancia.
WT-I. Se desconoce cuál es la función de este gen supresor del cáncer. La
inactivación por mutaciones de WT-1, bien en la línea germinal, o bien en las
células somáticas, se asocia al desarrollo de tumores de Wilms.