Bases moleculares del cáncer En la clase de hoy vamos a intentar concentrarnos en los mensajes más importantes de las bases moleculares del cáncer (se recomienda leer el cap. 6 Neoplasia del Robbins). Así, vamos a destacar algunos conceptos como la importancia de los oncogenes, genes supresores, especificidad tumoral, etc., y nos centraremos sobretodo en las vías de transformación tumoral. PREMISAS GENERALES Hoy en día, hay una gran heterogeneidad tumoral, pues se conocen más de 250 tipos diferentes de tumores morfológicos malignos con miles de subtipos, así como más de 1.000 mutaciones genéticas (mutaciones a nivel de micrornas y alteraciones epigenéticas, las cuales están todavía en fase de investigación). Casi el 2% del genoma puede estar implicado en este tipo de mutaciones. La aparición de un cáncer no es simple, pues requiere muchos años, la progresión de lesiones histológicas (hiperplasia, displasia, atipia, carcinomas, metástasis, etc.), y la acumulación de alteraciones genéticas (al menos 6), que son la que van a permitir que la célula se vuelva cancerígena. Además, cabe destacar que hay una marcada redundancia, debido a la existencia de varios genes que pueden dar el mismo efecto o conferir a la célula la misma ventaja proliferativa. CONCEPTOS BÁSICOS ONCOGENES Los oncogenes son genes derivados de genes normales o protooncogenes (que en condiciones normales están en relación con la proliferación celular), ya no regulados por las condiciones fisiológicas habituales de su entorno. Éstos son pues, genes activados de forma permanente y constitutiva, y que ya no dependen de los mecanismos fisiológicos de su propia regulación. Su activación se puede dar de diferentes maneras, destacando: Mutaciones activadoras del gen. Amplificación del gen (aumento del número de copias). Translocaciones, sobretodo en sarcomas y linfomas. Por lo tanto, al hablar de oncogén hablamos siempre de ganancia de función ( examen!), ya que las células adquieren una ventaja fisiológica proliferativa continua. GENES SUPRESORES Los genes supresores son genes que, en condiciones normales, se encargan de suprimir el crecimiento o proliferación celular. A nivel oncológico, su importancia radica en la pérdida de éstos o de su función, de manera que no cumplen con su trabajo de inhibición. Su inactivación y, por tanto, pérdida de función ( examen!), puede darse por diferentes causas: Mutaciones inactivantes. Delecciones (pérdida de parte del gen). Metilación de promotores, que inhibe la transcripción del gen. Inserciones. 1
Por lo tanto, al hablar de genes supresores hablamos siempre de pérdida de función, ya que en condiciones normales inhiben la proliferación celular y, alterados, no pueden hacerlo. Así como los oncogenes actúan de forma dominante (la mutación de un alelo es suficiente para dar lugar a la alteración de la función), los genes supresores tienen que presentar pérdida de función en los dos alelos (en recesividad) para poder ser oncogénicamente relevantes (en la mayoría de casos, no siempre). Por lo tanto, es más difícil que su función se vea alterada. Hipótesis de Knudson En la mayoría de los genes supresores hace falta la inactivación de los dos alelos para que se dé la pérdida de función. Así, si se da la mutación de un alelo ( first hit ) se mantiene la función, pero al darse la alteración del segundo alelo ( second hit ) tiene lugar la pérdida de función. En algunos casos, uno de los alelos puede heredarse ya en forma alterada (en células de la línea germinal), de manera que si se produce una alteración o delección postnatal del segundo alelo tendrá lugar la pérdida de función del gen. Así, nunca se hereda directamente el tumor, pero sí una cierta predisposición a desarrollarlo. PREMISAS GENERALES Las alteraciones oncogénicas puntuales no son siempre tumorigénicas. Hay que tener mucho cuidado con los estudios moleculares fuera del contexto anatomo-patológico, y no asociar directamente las alteraciones con malignidad, ya que se pueden dar alteraciones genéticas o mutaciones benignas, aunque obviamente las alteraciones aumentan la probabilidad de que se generen tumores. Además, la probabilidad de desarrollar tumores depende también de otros factores como: Genes de predisposición familiar. Expansión monoclonal. Ventaja de crecimiento selectiva. La acumulación de alteraciones es progresiva, y es muy paradigmática en el cáncer de colon, donde se puede ver esta progresión de hiperplasia displasia adenomas carcinomas, en los que suele haber KRAS mutado. Todas estas mutaciones van a ir acumulándose en torno a los 10 años, en los que irá avanzando progresivamente el tumor hasta producirse un carcinoma. 2
TRANSFORMACIÓN TUMORAL La transformación tumoral está asociada a la inestabilidad genética, que hace referencia a les alteraciones en la maquinaria de replicación y reparación del DNA. La inestabilidad genética es la clave pera la acumulación de alteraciones oncogénicas. Así, en muchos tumores vamos a ver alteraciones genéticas claras relacionadas con la reparación del DNA: Variación del número de cromosomas: aneuploidia. Destacan en los carcinomas (núcleos hipercromáticos, atipia). Inestabilidad de microsatélites o alteración de su reparación. Hay por lo menos 6 genes de la familia del MSH, MLH relacionados sobre todo con el cáncer de colon (síndrome de Lynch: cáncer de colon familiar no asociado a poliposis representa un 10% de todos los cánceres de colon). Alteración de los genes de reparación: BRCA (1 y 2; asociados al cáncer de mama familiar), rap80, ATM Alteración de los genes, polimorfismos o diferentes niveles de expresión: Translocaciones cromosómicas. Mutaciones. Amplificaciones. Delecciones o pérdida de material genético. Todo esto es muy frecuente, y se ve a veces desde fases iniciales. Por ejemplo, en el cáncer de mama, las aneuploidías se identifican en hiperplasias (7%) y atipias histológicas (13 36%). En los carcinomas in situ de alto grado, más del 70% presentan alteración en el número de cromosomas (30% en los in situ de bajo grado). Ésta parece una foto importante. Además, es un proceso progresivo: cuanta más malignidad, más aneuploidia, y es más probable que se hayan acumulado alteraciones genéticas. ALTERACIÓN GENÉTICA La alteración de los genes puede darse de diferentes maneras: ANEUPLOIDIA Hoy en día, la aneuploidia no se estudia de rutina en las preparaciones (ya que no hace falta, se detecta cualitativamente con la presencia de atipia), aunque sí se puede cuantificar (en ensayos de investigación) por FISH, con sondas centroméricas o por citometría. MUTACIONES Las mutaciones pueden ser de diferente tipo: Missense : cambio de un aminoácido en la proteína. Non-sense : aparición de un codón de stop y truncamiento de la proteína. Estas mutaciones en un protooncogen no serían oncogénicas, ya que los oncogenes conllevan ganancia de función, y no pérdida de proteína. Frameshif : cambio en la pauta de lectura y generación de una proteína diferente. Splicing : afectación del lugar de splicing, aparición de proteínas aberrantes. Inserciones o mutaciones puntuales. 3
Mutación puntual en un tumor del estroma gastrointestinal (estómago), que conlleva la activación permanente del receptor mutado (c-kit), lo que lleva a la proliferación celular de forma autónoma. Identificar estos errores en la maquinaria molecular nos permite además diseñar tratamientos, terapias específicas (por ejemplo en este caso, diseñando un fármaco que inhiba al receptor). AMPLIFICACIÓN GÉNICA La amplificación génica consiste en un aumento del número de copias de un mismo gen, y se da muy frecuentemente en neuroblastomas infantiles (gen MYCN) y en cánceres de mama (amplificación del gen HER2 en un 20% de las mujeres; el tratamiento en este caso también es inhibiendo la expresión de HER2). TRANSLOCACIONES Las translocaciones consisten en la inversión de material genético, donde una parte de un brazo de un cromosoma se une con otro cromosoma. Su importancia radica en la formación de tránscritos quiméricos, dando lugar a un nuevo gen. Por ejemplo, si un gen (oncogén, de apoptosis, etc.) se pone al lado de un promotor, estará permanentemente expresándose en esas células. Estos casos ocurren de manera muy frecuente en los tumores linfoides (sobre todo de células B), dónde hay genes que se translocan al lado del promotor de los genes de las inmunoglobulinas. Ese gen está sujeto al promotor, y la célula estará permanentemente expresándose. Por lo tanto, estos genes estarán activos constitutivamente. La exploración de las translocaciones se realiza mediante técnicas de FISH. PROCESO DE TRANSFORMACIÓN TUMORAL Para que una célula se transforme y se vuelva maligna ha de darse una alteración de las vías bioquímicas más importantes de la célula (al menos 6), en las que están implicados muchos genes (no alteraciones genéticas puntuales). Actualmente conocemos 10 de esas turas bioquímicas más importantes. Para que una célula sea tumoral, esta tiene que: 1. Hacerse inmortal (evitar la senescencia fisiológica) 2. Generar su propia señal de crecimiento (autonomía de crecimiento). 3. Hacerse resistente a los factores inhibitorios de su entorno y del ciclo celular. 4. Hacerse resistente a la apoptosis fisiológica. 5. Ser capaz de inducir angiogénesis, migración/metástasis, etc. 4
Hay más vías que llevan a una célula a hacerse tumoral, y cada una de estas vía comprende múltiples genes. Hanahan & Weinberg propusieron algunas de las vías que conducen la célula a ser tumoral, y las actualizaron a 10 hará poco más de un año. El cáncer es una patología muy estudiada, y se van descubriendo nuevos genes y vías implicadas a diario. INSENSIBILIDAD A FACTORES INHIBIDORES DEL C ICLO CELULAR En condiciones normales el ciclo celular es controlado por la proteína del retinoblastoma (prb), que se une al factor E2F e impide el ciclo celular. Cuando la proteína del retinoblastoma se fosforila, se libera el factor E2F y empieza el ciclo celular. En células tumorales se va a alterar este control, generalmente en este paso, por muchas vías: Alteraciones del gen del retinoblastoma: mutaciones, activado permanentemente, ausencia, alteración Fosforilación continua de prb por parte de los complejos fosforiladores (quinasas dependientes del ciclo celular, ciclinas como las cdk2 A y E, o la cdk4 D1, que podrían estar por ejemplo amplificadas). Alteración de los genes supresores que normalmente inhiben la activación de las quinasas: falta de p16, p21, p27, p53 No inhibición de quinasas >> quinasas activas >> fosforilación de prb >> ciclo celular. En este caso cabe destacar el concepto de redundancia: para el mismo resultado (aparición de un mismo tumor), hay múltiples puntos de una misma vía (o de vías diferentes), que si se dañan, pueden dar lugar al resultado. El caso del retinoblastoma es un buen ejemplo de redundancia. SENESCENCIA Para hacerse tumoral una célula, ha de ser capaz de evitar el parón de la senescencia fisiológica. En condiciones normales, una célula se divide unas 60-70 veces y se queda parada (senescente) indefinidamente. Las células tumorales han de evitar esta senescencia y adquirir una capacidad replicativa sin límite (hacerse inmortal), por lo que irán acumulando alteraciones genéticas. Hay varios mecanismos que permiten evitar la senescencia: Actividad telomerasa: pérdida de la parte terminal de los telómeros en cada replicación. Muchas células tumorales presentan una mayor actividad de esta enzima para evitar el acortamiento distal de los telómeros. Alteración de prb y p53 también evitan la senescencia (por activación constitutiva del ciclo celular). SEÑALIZACIÓN O AUTONOMÍA DE CRECIMIENTO En la membrana hay una gran variedad de receptores, que envían señales al núcleo o a los ribosomas a través de diversas vías, una vez se han unido a diferentes ligandos. En la célula tumoral, va a estar alterada esta vía por factores que pueden estar en la membrana por factores que pueden estar en la membrana o bien por factores que pueden estar en los canales de comunicación de membrana núcleo/ribosomas. Hay también muchos factores que pueden estar implicados y hacer que la célula sea independiente de factores de crecimiento externos. Por ejemplo, en tumores epiteliales hay al menos 4 receptores: erbb-1 (HER1): receptor del factor epidérmico de crecimiento (EGF). Gen estrella mutado en cáncer de pulmón; no hay mutación en cáncer de colon, pero sí un aumento de los ligandos. erbb-2 (HER2): mutación en el 20% de las mujeres; cáncer de mama. erbb-3 (HER3): en estudio, su función va muy unida al erbb-2. 5
erbb-4 (HER4): todavía no hay datos concluyentes. Bajo los receptores, hay unas vías que llevan la señal al núcleo/ribosoma. Algunas de las vías más importantes son RAS, RAF, MAP-K, P3K y PTEN (imagen superior), que pueden mutar en muchos tumores, activando la proliferación. Si el KRAS está mutado, aunque inhibamos el receptor no vamos a conseguir ningún efecto terapéutico. En casi todos los tumores hay activación constitutiva de esta vía. Las alteraciones genéticas pueden variar, incluso dentro del mismo tipo de tumor, y puede darse más de una mutación oncogénica en la misma vía, generando resistencias al tratamiento. Se están secuenciando un montón mutaciones en adenocarcionomas de pulmón para ver cuáles de ellas son de importancia. En el pulmón pueden darse mutaciones de EGFR, PDGFR, VEGFR (factores de crecimiento) en porcentajes diferentes. RAS puede estar mutado hasta en un 30%. En conjunto, diferentes genes pueden estar mutados, confiriendo así a las células cierta ventaja proliferativa autónoma. Todavía no se conoce los drivers o la mutación genética más importante a inhibir en el cáncer de pulmón, pero hay una fuerte relación entre el adenocarcinoma de pulmón y las mutaciones con ganancia de función de KRAS y EGFR (diagrama de sectores de la derecha). Los drivers son adaptaciones genéticas importantes, ya que cuando se inhiben o bloquean se producen diferencias claras en la proliferación; mientras que en el bloqueo de las passengers (secundarias) no se dan cambios tan significativos. Los tratamientos de EGFR en pulmón dan muy buenos resultados (augmento de meses de supervivencia). APOPTOSIS La vía de la apoptosis está regulada por decenas de genes pro- y anti-apoptóticos, y por lo tanto, que se dé o no este proceso dependerá del balance entre unos genes y otros. Genes pro-apoptóticos: bax, bak, bid, bim Genes anti-apoptóticos: bcl2, bcl-xl, bcl-w Bcl2 El Bcl2 es un gen anti-apoptótico muy importante expresado sobretodo en tumores linfoides y algunos sarcomas de partes blandas. Su sobreexpresión inhibe la apoptosis, y por tanto se le considera un oncogén. En los tumores linfoides desarrolla un linfoma folicular muy típico, debido a una translocación. Este gen se sitúa al lado de los promotores de las inmunoglobulinas, expresándose continuamente e impidiendo así la apoptosis. 6
p53 El p53 es un gen supresor encargado del control de p21, el cual se encarga del control de las quinasas dependientes del ciclo celular. Por lo tanto, el p53 es, indirectamente, un gen regulador del ciclo celular. Su sobreexpresión a altos niveles puede inducir la apoptosis. Este gen actúa de dos maneras: Es activado tras un daño genómico: provoca un paro del ciclo celular y permite la reparación del DNA. Promueve la apoptosis tras un daño genómico muy importante no reparable. Su inactivación o pérdida de función (proteína no funcional) conlleva a: Acumulación de alteraciones genéticas. Disminución de la apoptosis. A efectos prácticos, al no haber p53 los tumores serán más malignos y agresivos, más aneuploides, ya que se van a acumular con más facilidad las alteraciones genéticas. Al tener menos apoptosis, las células serán más resistentes a tratamientos que dañan el DNA (cisplatino); p53 mutado puede ser un factor de resistencia a los tratamientos tumorales. ANGIOGÉNESIS E INVASIVIDAD Factores asociados con la angiogénesis tumoral: Factores activadores: VEGF, HIF1, FGF1/FGF2 Factores inhibidores: thrombospondin, angiostatina, endostatina Factores asociados con la infiltración celular a tejidos y la metástasis: Cadherina-E, B-catenina, integrinas. upar, MMP-2, MMP-9. Snail, rho, sprouty. RACK1. RESUMEN: Gran heterogeneidad tumoral muchas vías y genes implicados en el cáncer. Oncogenes: ganancia de función ventaja proliferativa continua. Genes supresores: supresión de la proliferación celular. Alteración pérdida de función. Transformación tumoral: alteraciones de la maquinaria de replicación y reparación del DNA. Aneuploidia Mutaciones Amplificación génica Translocaciones Proceso de transformación tumoral para volverse tumoral, una célula requiere: 1. Inmortalidad. 2. Autonomía de crecimiento. 3. Resistencia a factores inhibitorios. 4. Resistencia a la apoptosis. 5. Inducción de angiogénesis, metástasis 7