Mecanismos

AUTOSUFICIENCIA EN LAS SEÑALES DE CRECIMIENTO: ONCOGENES

Los genes que promueven el crecimiento celular autónomo en las células cancerosas se llaman oncogenes, y sus homólogos celulares no mutados se denominan protooncogenes. Los oncogenes se crean mediante mutaciones en los protooncogenes y se caracterizan por la capacidad para promover el crecimiento celular en ausencia de señales promotoras del crecimiento normales. Sus productos, llamados oncoproteínas, se asemejan a los productos normales de los protooncogenes, excepto porque las oncoproteínas a menudo están desprovistas de elementos reguladores internos importantes y su producción en las células transformadas no depende de factores de crecimiento ni de otras señales externas. De esta forma, el crecimiento celular se hace autónomo, libre de puntos de control y de la dependencia de señales externas. Para ayudar a entender la naturaleza y las funciones de las oncoproteínas, y su papel en el cáncer, es necesario mencionar brevemente los pasos secuenciales que caracterizan la proliferación celular normal. En condiciones fisiológicas, la proliferación celular puede determinarse fácilmente en los siguientes pasos:

La unión de un factor de crecimiento a su receptor específico.

Activación transitoria y limitada del receptor de factores de crecimiento que, a su vez, activa varias proteínas transductoras de la señal en la capa interna de la membrana plasmática.

Transmisión de la señal transducida a través del citosol hasta el núcleo mediante mensajeros secundarios o por una cascada de moléculas de transducción de la señal.

Inducción y activación de factores reguladores nucleares que inician la transcripción del ADN.

Entrada y progresión de la célula en el ciclo celular, dando lugar finalmente a la división celular.

Protooncogenes, oncogenes y oncoproteínas

Los protooncogenes tienen múltiples papeles, participando en funciones celulares relacionadas con el crecimiento y la proliferación. Las proteínas codificadas por protooncogenes pueden funcionar como factores de crecimiento o sus receptores, transductores de señal, factores de transcripción o componentes del ciclo celular. Las oncoproteínas codificadas por oncogenes generalmente cumplen funciones similares a sus homólogas normales Sin embargo, las mutaciones convierten los protooncogenes en oncogenes celulares activos de forma constitutiva, que están implicados en el desarrollo tumoral, porque las oncoproteínas que codifican dotan a la célula de autosuficiencia en el crecimiento. Se siguen dos cuestiones: 1) ¿Cuáles son las funciones de los productos oncógenos, las oncoproteínas?, y 2) ¿Cómo se vuelven los protooncogenes normalmente «civilizados» en «enemigos internos»?

Factores de crecimiento. Las células normales requieren la estimulación por factores de crecimiento para sufrir proliferación. La mayor parte de los factores de crecimiento solubles formados por un Célula normal tipo celular actúan sobre una célula vecina para estimular la proliferación (acción paracrina). Muchas células cancerosas, sin embargo, adquieren la capacidad para sintetizar los mismos factores de crecimiento a los que responden, generando un ciclo autocrino. Por ejemplo, muchos glioblastomas secretan factor de crecimiento derivado de las plaquetas (PDGF) y expresan el receptor PDGF y muchos sarcomas forman tanto el factor de crecimiento transformante (TGF) como su receptor. Aunque se considera que un ciclo autocrino es un elemento importante en la patogenia de varios tumores, en la mayoría de los casos no está alterado ni mutado el propio gen del factor de crecimiento. Más frecuentemente, los productos de otros oncogenes que se sitúan a lo largo de muchas vías de transducción de señal, como RAS, causan una sobreexpresión de los genes de factor de crecimiento, forzando así las células a secretar grandes cantidades de factores de crecimiento, como (TGF).

No obstante, la producción incrementada de factor de crecimiento no es suficiente para la transformación neoplásica. Con toda probabilidad, la proliferación conducida por factor de crecimiento contribuye al fenotipo maligno mediante un incremento del riesgo de mutaciones espontáneas o inducidas en la población celular en proliferación.

Receptores de factor de crecimiento. Se han encontrado varios oncogenes que codifican receptores de factor de crecimiento. Para entender cómo afectan las mutaciones la función de estos receptores, debe recordarse que una clase importante de receptores de factor de crecimiento son las proteínas transmembrana con un dominio externo de unión de ligando y un dominio citoplasmático para la tirosina cinasa. En las formas normales de estos receptores, la cinasa se activa transitoriamente por la unión de los factores de crecimiento específicos, seguido rápidamente por la dimerización del receptor y la fosforilación con tirosina de varios sustratos que forman parte de la cascada de señales. Las versiones oncógenas de estos receptores se asocian con la dimerización y la activación constitutivas sin unión al factor de crecimiento. Por tanto, los receptores mutantes liberan señales mitógenas continuas a la célula, incluso en ausencia de factor de crecimiento en el entorno. Los receptores de factor de crecimiento pueden activarse constitutivamente en los tumores mediante múltiples mecanismos diferentes, incluyendo mutaciones, redistribuciones génicas y sobreexpresión. El protooncogén RET, un receptor de tirosina cinasa, ejemplifica la conversión oncógena a través de mutaciones y redistribuciones génicas. La proteína RET es un receptor para el factor neurotrófi co derivado de la línea celular glial y proteínas relacionadas estructuralmente que promueven la supervivencia celular durante el desarrollo neural. RET se expresa normalmente en las células neuroendocrinas,como las células C parafoliculares del tiroides, la médula suprarrenal y los precursores de las células paratiroideas.

El oncogén RAS. Los genes RAS, de los cuales existen tres en el genoma humano (HRAS, KRAS, NRAS), se descubrieron inicialmente en retrovirus transformantes. La mutación puntual de los genes de la familia RAS es la anomalía aislada más frecuente de los protooncogenes en tumores humanos . Aproximadamente el 15-20% de todos los tumores humanos contiene versiones mutadas de las proteínas RAS. La frecuencia de estas mutaciones varía en los diferentes tumores,  pero en algunos tipos de cánceres es muy alta. Por ejemplo, el 90% de los adenocarcinomas pancreáticos y colangiocarcinomas contienen una mutación puntual RAS , así como el 50% de los cánceres de colon, endometrio y tiroides, y el 30% de los adenocarcinomas de pulmón y las leucemias mieloides. En general,los carcinomas (particularmente de colon y páncreas) tienen mutaciones de KRAS , los tumores de vejiga tienen mutaciones HRAS y los tumores hematopoyéticos portan mutaciones NRAS . Las mutaciones RAS son infrecuentes en otros cánceres, como los que se originan en el cuello uterino o la mama. RAS tiene un importante papel en las cascadas de señales a favor de corriente de los receptores de factor de crecimiento, dando lugar a mitosis. Por ejemplo, la abolición de la función RAS bloquea la respuesta proliferativa a EGF, PDGF y CSF-1. Las proteínas RAS normales están unidas a la cara citoplasmática de la membrana plasmática, así como a las membranas del retículo endoplásmico y el aparato de Golgi. Pueden activarse mediante la unión del factor de crecimiento a receptores de la membrana plasmática. RAS es un miembro de una familia de proteínas G pequeñas que se unen a los nucleótidos de guanina (guanosina trifosfato, GTP y guanosinadifosfato, GDP), de forma similar a las proteínas G trimoleculares más grandes. Normalmente, las proteínas RAS oscilan entre un estado excitado de transmisión de la señal y un estado quiescente. En el estado inactivo, las proteínas RAS se unen a GDP. La estimulación de las células mediante factores de crecimiento conduce al intercambio de GDP por GTP y los consiguientes cambios de conformación que genera el RAS activo. El RAS activado estimula los reguladores de la proliferación a favor de corriente, como la cascada de la proteína cinasa activada por mitógenos (MAP), que inunda el núcleo de señales para la proliferación celular.

El ciclo ordenado de la proteína RAS depende de dos reacciones: 1) intercambio de nucleótidos (GDP por GTP), que activa la proteína RAS, y 2) hidrólisis de GTP, que convierte el RAS activo, unido a GTP, en la forma inactiva, unida a GDP. Ambos procesos están regulados extrínsecamente por otras proteínas. La eliminación de GDP y su reemplazo por GTP durante la activación de RAS están catalizados por una familia de proteínas liberadoras de nucleótidos de guanina. Inversamente, la actividad GTPasa intrínseca a las proteínas RAS normales es espectacularmente acelerada por las proteínas activadoras de GTPasa (GAP). Estas proteínas ampliamente distribuidas se unen al RAS activo y aumentan su actividad GTPasa más de 1.000 veces, conduciendo a una terminación de la transducción de la señal. Por tanto, las GAP funcionan como «frenos» que evitanla actividad RAS incontrolada.

INSENSIBILIDAD A LA INHIBICIÓN DEL CRECIMIENTO Y EVASIÓN DE LA SENESCENCIA: GENES SUPRESORES TUMORALES

El fracaso en la inhibición del crecimiento es una de las alteraciones fundamentales en el proceso de la carcinogenia. Mientras que los oncogenes dirigen la proliferación de las células, los productos de los genes supresores tumorales aplican frenos a la proliferación celular. Se ha hecho evidente que las proteínas supresoras de tumores forman una red de puntos de control que impiden el crecimiento incontrolado. Muchos supresores tumorales, como RB y p53, son parte de una red reguladora que reconoce la tensión genotóxica de cualquier origen y responde clausurando la proliferación. En efecto, la expresión de un oncogén en una célula por lo demás completamente normal conduce a la quiescencia o a una  detención permanente del ciclo celular (senescencia inducida poroncogenes), en lugar de a proliferación incontrolada. Finalmente, las vías inhibitorias del crecimiento pueden empujar las células a la apoptosis. Otro grupo de supresores tumorales parece estar implicado en la diferenciación celular, haciendo que las células entren en un fondo común diferenciado posreplicativo posmitótico sin potencial replicativo. De forma similar a las señales mitógenas, las señales inhibitorias del crecimiento, prodiferenciación se originan fuera de la célula y usan receptores, transductores de señal y reguladores de la transcripción nuclear para llevar a cabo sus efectos; los supresores tumorales constituyen una porción de  estas redes. En esta sección describimos los genes supresores tumorales, sus productos y los posibles mecanismos por los cuales la pérdida de su función contribuye al crecimiento celular no regulado. Los productos proteicos de los genes supresores tumorales pueden funcionar como factores de transcripción, inhibidores del ciclo celular, moléculas de transducción de la señal, receptores de superficie celular y reguladores de las respuestas celulares al daño del ADN. En la siguiente sección, tratamos las funciones de los genes supresores tumorales más importantes y cómo contribuyen sus defectos a la carcinogenia.

Comenzamos nuestra explicación con RB, el primer, y prototípico, gen supresor tumoral descubierto. Como muchos descubrimientos en medicina, RB se descubrió estudiando una enfermedad rara, en este caso el retinoblastomas. Aproximadamente el 60% de los retinoblastomas son esporádicos y el resto son familiares, transmitiéndose la predisposición a desarrollar el tumor como un rasgo autosómico dominante. Los pacientes con retinoblastomas familiar también tienen un riesgo muy aumentado de desarrollar osteosarcoma y otros sarcomas de partes blandas. Para explicar la aparición hereditaria y esporádica de un tumor aparentemente idéntico, Knudson propuso su ahora canónica hipótesis de la oncogenia «en dos golpes» . 19,60 En términos moleculares, la hipótesis de Knudson puede plantearse como sigue.

·         Se requieren dos mutaciones (golpes) que afectan ambos alelos de RB en el locus cromosómico 13q14 para producir un retinoblastomas. En algunos casos, el daño genético es lo suficientemente grande para ser visible en forma de una deleción de 13q14.

·         En los casos familiares, los niños heredan una copia defectiva del gen RB en la línea germinal (un golpe); la otra copia es norma. El retinoblastoma se desarrolla cuando el alelo RB normal está mutado en los retinoblastos como consecuencia de una mutación somática espontánea (segundo golpe). Puesto que sólo se requiere una única mutación somática para la pérdida de función de RB en las familias con retinoblastoma, el retinoblastoma familiar se hereda como rasgo autosómico dominante.

En los casos esporádicos, ambos alelos RB normales deben sufrir mutación somática en el mismo retinoblasto (dos golpes). El resultado final es el mismo: una célula retiniana que ha  perdido completamente la función RB se vuelve cancerosa.