Bases moleculares del cáncer

Realizado por:

Julio Torres González

Manuel Pedro Jiménez García

Índice del seminario

1) Introducción conceptual

2) Oncogenes y genes supresores de tumores

3) Ciclo celular. Factores de crecimiento y sus receptores

4) Rutas de transducción de señales implicadas

5) Microambiente tumoral, angiogénesis y metástasis

6) Tipología de cáncer:

6.1) Cáncer de pulmón

6.2) Cáncer colorrectal

6.3) Cáncer de mama

6.4) Cáncer de hígado

1) Introducción conceptual Célula normal y sana:

◦ Regulación ciclo celular Señales estimuladoras/inhibidoras .

Señales estimuladoras proto-oncogenes

Señales inhibidoras genes supresores de tumores

◦ Señales transmitidas por proteínas codificadas por esos genes que permiten cascada de transducción de señales.

◦ Resultado Proliferación celular controlada.

Proceso de neoplasia: célula sana tumorogénica:

◦ Mutaciones en proto-oncogenes oncogenes proteínas (+) anómalas o no.

◦ Mutaciones en GST proteínas (-) anómalas o no codificadas.

◦ Se altera la cascada de transducción de señales

Acción oncogénica estimulando la proliferación celular

Acción de GST inhibiendo los mecanismos que detienen la división celular.

◦ Intervienen alteraciones en genes de reparación del DNA y genes de apoptosis.

◦ Resultado Proliferación celular incontrolada.

1) Introducción conceptual Factores que inducen la neoplasia:

◦ Desequilibrio entre:

Protooncogenes

Genes supresores de tumores

Genes reparadores del DNA

Genes de apoptosis

◦ Inmortalidad celular.

◦ Modificación epigenética anómala.

◦ Factores inductores de angiogénesis.

◦ Factores inductores de metástasis.

◦ Evasión de los mecanismos inmunológicos

Causas:

◦ Herencia

◦ Sustancias químicas (tabaco)

◦ Radiación ionizante y UV.

◦ Virus

Definición de Cáncer:

Grupo de enfermedades caracterizadas por la proliferación autónoma de células neoplásicas originadas por la suma de mutaciones, inestabilidad genética y modificación epigenética.

1) Introducción conceptual: Tipos de mutaciones.

Mutaciones de ganancia de función en OG (dominantes)

◦ Mutaciones puntuales: sustitución de una base cambio de codón.

◦ Translocación cromosómica:

Fusión de dos genes gen híbrido proteína quimérica constitutiva.

POG bajo un promotor diferente expresión diferente.

◦ Hipermetilación de zonas intrónicas: facilitando el ayuste del mRNA proto-oncogénico.

◦ Hipometilación del promotor: sobre-expresando el proto-oncogen

◦ Inserción de un promotor viral: secuencia promotora LTR de retrovirus.

◦ Delección: de una región que acerca un promotor constitutivo a un proto-oncogén.

Mutaciones de pérdida de función de GST (recesivas).

◦ Mutaciones puntuales: cambio de aa o codones de parada.

Proteína afuncional

No se expresa la proteína

◦ Hipermetilación del promotor: o en elementos de control de expresión.

◦ Delección del GST: y también de genes anexos.

1) Introducción conceptual

Apoptosis

Proceso celular activo, genéticamente controlado.

Autoeliminación celular. Permite mantener la homeostasis celular.

Factores que inducen apoptosis:

Daño en el DNA.

Errores durante la mitosis

Hipoxia y falta de nutrientes.

Factores de crecimiento

Hormonas

Biomoléculas reguladoras de la apoptosis:

1) Inhibidoras: Bcl2, NIAP, XIAP, Survivina.

2) Activadoras: TNF, Fas, Caspasas, Apaf-1.

3) Acción de p53: regula a nivel de Bcl2, de TNF, de Fas, y afectando al potencial de membrana mitocondrial.

Senescencia celular

• Proceso de estacionamiento celular (no división celular)

iniciado como respuesta al estrés, daño en el DNA o

acortamiento de los telómeros.

• Ruta alternativa a la apoptosis

• Suprime la formación de células cancerígenas.

2) Oncogenes (OG) Definición:

◦ Proto-oncogenes: genes responsables de la codificación de proteínas nucleares, citoplasmáticas y de membrana implicados en la regulación de la proliferación y/o diferenciación celular (homeostasis celular).

◦ Oncogenes: son proto-oncogenes mutados que participan en cascadas de señalización inducen constitutivamente división celular, induciendo cáncer.

Función oncogénica:

Los oncogenes afectan la regulación del ciclo celular, en las vías

implicadas en diferenciación, apoptosis o estimulación del ciclo

celular.

Clasificación:

◦ Factores de crecimiento (PDGF, int-2)

◦ Receptores de factores de crecimiento (activación constitutiva).

◦ Proteín-quinasas citoplasmáticas (abl, fes, fgr, raf-1, src).

◦ Proteínas oncogénicas unidas a GTP (Ras, gsp)

◦ Reguladores transcripcionales (erbA-1, fos, jun, c-myc)

◦ Proteínas oncogénicas virales.

2.2) Genes supresores de tumores (GST)

Definición:

◦ Genes que reducen la probabilidad de que una célula se transforme en una célula cancerígena, inhibiendo la proliferación celular

◦ Una mutación o una deleción de GST confiere pérdida de función.

Mecanismos de acción de GST:

◦ Inhibiendo la progresión de las células a través del ciclo celular.

◦ Haciendo que las células entren en apoptosis.

◦ Manteniendo la estabilidad del genoma (replicación, reparación y segregación).

GST conocidos:

◦ p53: gen “guardián del genoma”

◦ Rb: gen del retinoblastoma

◦ p21, p16, p27, p57, etc.

p53

20 Kb (Crom. 7).11 exones.

Fosfoproteína p53 (393 aa):

◦ Ubicua de todos los tejidos

◦ 3 dominios funcionales

◦ Está regulada por la proteína Mdm2

Función de p53 normal

◦ Parada del ciclo celular

◦ Senescencia y apoptosis

◦ Reparación del DNA

◦ Diferenciación celular

◦ Vida media de la proteína 20 minutos.

2.2) Genes supresores de tumores (GST)

Rb

200 Kb. (Crom 13).

27 exones.

Proteína Rb (110 KDa) localizada en el núcleo celular.

Función Rb-E2F:

◦ Mantiene fase G0 o G1 Acomplejado con el factor de transcripción E2F.

Función Rb sin E2F:

◦ Regula enzimas que sintetizan nucleótidos y polimerizan DNA.

◦ Regula la activación transcripcional de varios genes virales y celulares.

Mutaciones de p53:

◦ 87% de las mutaciones mutaciones sin sentido, no hay niveles de p53.

◦ 50-60% de los cánceres humanos p53 mutada.

Función de p53 mutado:

◦ Pérdida de supresión de crecimiento celular.

◦ Promoción del crecimiento tumoral.

◦ Inmortalización celular.

◦ Vida media de la proteína anómala horas.

Mutaciones en el sitio de unión:

◦ Liberan el factor de transcripción

◦ Impiden regular el ciclo celular

entrada en fase S división

celular.

2.3) Comparativa de las propiedades de OG vs GST

3.1) Ciclo celular

Fases:

◦ G1: Crecimiento celular.

Síntesis de proteínas y RNA.

◦ S: Replicación de DNA.

◦ G2: Cambios en la estructura

celular.

Comienzo de la división.

◦ M: División celular

Reguladores del ciclo celular:

Gen crítico cdc2.

o Quinasas dependientes de ciclinas (cdks).

o Ciclinas. Se pueden dividir en:

Ciclinas fase G2/M (ciclinas B1 y B2). Se asocia cdk1.

Ciclinas fase G1/S (ciclinas C, D y E). Se asocia con cdk2, 4 y 5; con Rb y con PCNA.

Ciclina A.

3.2) Factores de crecimiento y receptores

Tipos: ◦ EGF

◦ FGF

◦ HGF

◦ IGF

◦ Neurotrofinas.

◦ PDGF

◦ VEGF

◦ F. Hematopoyéticos.

Receptores de los factores de crecimiento:

Vías positivas (estimuladoras) y negativas (inhibidoras).

Se pueden activar por dos mecanismos:

1. Por cambios conformacionales en el dominio externo.

2. Por dimerización u oligomerización por el ligando de unión.

Conjunto de procesos que ocurren de forma concatenada en la célula.

Convierten una señal o estímulo exterior en otra señal o respuesta específica.

Las señales pueden ser:

◦ Extracelulares.

◦ Intracelulares.

◦ Intercelulares.

Los receptores pueden ser:

◦ Transmembrana.

◦ Nucleares.

4) Rutas de transducción de señales. 4.1) Receptores tirosin-quinasas.

Subunidades:

o IRS-1 Receptor de insulina.

o CSF-1Mínima afinidad por PLC-γ y GAP.

o EGF y erbB2ineficientes para fosforilación de GAP.

o FGF Fosforilan p90.

o PDGF Interactúa con PLC-γ, PI3K y GAP.

Proteínas de señalización de PDGF:

Tipo 1: con función enzimática.

Incluye PLC-γ, GAP, PRP1C y oncogén vav.

Tipo II: con función adaptadora o reguladora.

Incluyen PI3K, c-crk, nck, shc y sem/GRB5/ASH.

◦ PLC-γ: Generación IP3 (liberación de Ca2+) y DAG (activa PKC) como segundos mensajeros.

◦ PI3K: Fosforilación anillo inositol.

◦ GAP: Inhibidor de ras, y estimula GTAasa en p21-ras.

4.2) MAP quinasas MAP quinasas:

· Quinasas de proteínas de activación de la mitosis.

· Tres tipos (de acuerdo con su sustrato):

Quinasas de ERT. ERKs (quinasas

Quinasas de MAP-2. reguladoras de

Quinasas de RSK. señales extracelulares)

- Se inicia la cascada se señales activando ras p21 activa quinasa serina/treonina de Raf.

- La quinasa de Raf es el activador directo de MAP quinasas.

- Sustrato principal de MAP quinasa: proteína S6 ribosomal.

- Puede actuar también sobre proto-oncogen jun, p62, myc.

- Esta proteína génica myc aumenta:

- Ciclinas de la fase G1, que se unen a cdk2, fosforilan Rb, y permiten la duplicación del DNA.

- Proteína SCF, que degrada p27 para que no se inhiba el complejo ciclina G1/cdk2.

- Otros factores transcripcionales son: fos, myb, rel, ets… (ligados a las vías de señalización mitogénica)

5.1) Microambiente tumoral

Tipos celulares: ◦ Células cancerosas y Células

madre cancerosas (Cancer Stem Cell ó CSC).

◦ Células endoteliales.

◦ Pericitos.

◦ Células inmunes inflamatorias.

◦ Fibroblastos asociados al cáncer.

◦ Célula del cáncer invasivo (metastásica).

Matriz extracelular (MEC): engloba, protege y nutre el microambiente tumoral.

“ La inducción de cambios en la MEC es suficiente para inducir fenotipo tumoral.”

Los tumores son reconocidos como órganos, cuya complejidad se aproxima, o incluso puede llegar a ser superior a la normal de los tejidos sanos. Contrasta con la visión reduccionista de un tumor Colección de células tumorales relativamente homogéneas.

Se produce una comunicación entre las células del estroma y las

células parenquimáticas Dirige la expresión génica.

La capacidad

oncogénica del

estroma procede

de:

• Fibroblastos

asociados al

tumor.

• Células

linfoides que

constituyen la

respuesta

inmune.

• Alteración de la

“tensegridad”

por la MEC.

La interacción estroma-parénquima, influenciada por señales reguladoras extracelulares que

proceden del microambiente tumoral, conforman el marco epigenético y la consideración de las

células tumorales como “atractores” que constituyen las bases no genéticas de la progresión tumoral.

5.2) Angiogénesis Proceso de formación de vasos sanguíneos a partir de un lecho vascular preexistente, que induce un tumor primario.

Proceso regulado por:

Factores de crecimiento y sus receptores

Factores físicos:

◦ Acúmulo de desechos

◦ Requerimientos de oxígeno Hipoxia

Proceso angiogénico

a) Activación angiogénica

b) Degradación proteolítica de la matriz extracelular

c) Migración de células endoteliales

d) Morfogénesis y estabilización de los nuevos vasos.

a) Activación angiogénica

Existen dos tipos de señales principales:

Hipoxia

◦ Proteína HIF-1 (heterodimérica).

◦ En condiciones de hipoxia HIF-1 se activa

◦ Funciones de HIF-1: Transcripción de VEGF

Alteración de los niveles de p21, Bcl-2 y p53.

Señales activadoras:

◦ Factores de crecimiento de endotelio vascular (VEGFs). Receptor VEFR2

◦ Angiopoyetinas

◦ Factores de crecimiento de fibroblastos

◦ Citoquinas y quimiocinas, etc.

Vía de transducción de señales: VEGF/VEFR2

b) Degradación de la matriz extracelular:

Degradación proteolítica de la lámina

basal y del estroma que rodea los

capilares.

Se produce por un equilibrio entre:

◦ Enzimas proteolíticas: Metaloproteinasas de matriz (MMP)

Plasminógeno tipo uroquinasa (u-PA)

◦ Inhibidores de las enzimas

proteolíticas: Inhibidor del u-PA (u-PAI)

c) Migración de células endoteliales

El nuevo vaso va creciendo por incorporación de nuevas células endoteliales.

Para migrar al estímulo (tumor), las nuevas células endoteliales cambian:

◦ Su citoesqueleto acción de GTPasas (Ras)

◦ El patrón de moléculas de superficie (integrinas, moléculas de adhesión).

d) Morfogénesis y estabilización de los nuevos vasos.

Se pasa a una rediferenciación

celular de las nuevas células

endoteliales capilares:

◦ Algunas células pasan a quiescencia

◦ Incrementan la adhesibilidad.

◦ Comienzan a producir lámina basal y

matriz extracelular.

◦ Se reclutan células perivasculares para

estabilizar el capilar.

5.3) Metástasis Proceso de diseminación de las

células cancerosas del tumor primario a través del torrente sanguíneo hasta otro tejido formando un tumor secundario.

Requisitos previos:

1) Proceso angiogénico completo

2) Adquisición del fenotipo invasivo

Fases de la metástasis:

1) Intravasación (capilares torrente sanguíneo).

2) Tránsito vía linfática o sanguínea

3) Interacción de las moléculas de superficie de la célula tumoral con las del endotelio.

4) Extravasación

5) Formación de micrometástasis

6) Formación del microambiente tumoral

7) Colonización completa.

6) Tipologías de cáncer

Teoría de la células madre cancerosas (cancer stem cells):

Células que poseen la capacidad de autorrenovación, que originan todos los

linajes celulares del tumor a partir de divisiones asimétricas.

6.1) Cáncer de pulmón Tumor con más importancia en

cuanto a mortalidad en el mundo.

Han aumentado los casos exponencialmente en los últimos 70-80 años.

El principal causante es el tabaco (90% en hombres y 60-80% en mujeres).

También están implicados factores ambientales, y la exposición a otras sustancias (asbesto, radón, arsénico, berilio, cromo, etc.).

Es el resultado de alteraciones (mutaciones) irreversibles del epitelio bronquial.

Existen dos tipos: CPCP (microcítico) y CPCNP.

Cáncer de pulmón: Tipos de alteraciones genéticas

Alteraciones genéticas en componentes del ciclo celular.

◦ Genes alterados: Rb (en CPCP) y p16 (en CPCNP).

◦ Ciclinas (A, B, D y E) y quinasas dep. de ciclinas (CDK1, 2, 4 y 6).

Alteraciones génicas en vías transductoras de señales bioquímicas.

◦ Genes mutados: PTEN (en CPCP) y LKB1 (en adenocarcinomas).

◦ Oncogén K-ras.

Alteraciones génicas en la vía de la apoptosis.

◦ Mutación en p53 y p14.

◦ Alteraciones epigenéticas en fas, survivina, NFKB, etc.

Alteraciones génicas en reguladores de la transcripción génica. ◦ Genes mutados: myc (en CPCP).

◦ Pérdidas de BRG1/SMARCA4 y de la actividad ATPasa de SWI/SNF.

6.2) Cáncer colorrectal Segundo caso de cáncer más común en la población.

Tiene una mortalidad de aproximadamente el 50% de los casos.

Se producen alteraciones en células del epitelio del colon y el recto.

Existen dos rutas moleculares para el origen del cáncer.

La 1º patología encontrada fue el síndrome de Lynch.

Vía supresora:

◦ Mutaciones en el gen del la APC de la poliposis múltiple familiar.

◦ Mutaciones en el oncogén K-ras (crea distintos grados de agresividad del tumor): Una mutación en K-ras agiliza la progresión del tumor.

Vía mutadora:

◦ Alteración en genes como hMSH2 ó hMLH1. Se traduce en errores en la replicación de DNA. Crea microsatélites.

◦ Se crea un fenotipo llamada RER.

6.3) Cáncer de mama Es el cáncer más

común en las mujeres, y el que causa más muertes entre ellas. A su vez es el 3º tipo de cáncer total en el mundo.

Mutaciones en los lóbulos mamarios.

Según el lugar puede ser: ductal o lobular.

Según el grado de invasividad puede ser: in situ, infiltrante o inflamatorio.

Factores de riesgo: radica en la mutación de los genes BCRA1 y BCRA2.

También están implicados genes como FGFR2, TNRCP9 o TRAK 2.

Tumores de receptores

estrogénicos positivos (lumiales).

- Receptores de estrógenos (RE) y progesterona (RP) positivos, y genes implicados en su regulación como LIV1 y CCND1.

- Pérdida de p16.

- Expresan citoqueratinas lumiales.

- 20% de mutación en p53.

- Dos subtipos:

- Lumial A: Alta expresión de genes RE y baja expresión de genes de proliferación celular.

- Lumial B: Baja expresión de genes RE y alta expresión de genes de proliferación celular.

Tumores de receptores estrogénicos negativos.

Dos subtipos:

1. Subtipo HER2:

- Receptores hormonales positivos.

- Sobreexpresión del gen HER2.

- Baja expresión de RE y genes implicados en su replicación.

- Sobreexpresan ERBB2 y ó GRB7.

- 40-80% de mutación en p53.

2. Subtipo basal:

- Baja expresión de HER2.

- Intensa expresión de citoqueratinas 5, 6 y 17.

- Baja expresión de RE y genes relacionados.

- Mutación en BCRA1, que expresa p63.

- Alto % de mutación en p53

6.4) Cáncer hepatocelular (CHC) Generalidades:

5º tumor con mayor incidencia.

3ª causa de muerte atribuída al cáncer del mundo.

80% de CHC asientan sobre hígados cirróticos.

Genes frecuentemente mutados:

80%: p53 y beta-catenina.

Porcentaje variable: c-myc, ciclina A2, ciclina D1, Rb1, p16, etc.

Epigenética

Hipermetilación de:

◦ Regiones promotoras de GST

◦ Regiones intrónicas de POG

Hipometilación de: ◦ Regiones promotoras de POG

Inestabilidad genómica.

95% de CHC reactivación de la telomerasa

Vías de señalización CHC

Wnt-beta-catenina. Regulación de:

◦ Proliferación, organogénesis.

◦ Autorrenovación de células madre

Vías dependientes de receptores tirosín-quinasa:

◦ Factor de crecimiento en hepatocitos (HGF):

Regeneración hepática.

Receptor de alta afinidad: c-MET.

Funciones en angiogénesis, proliferación, migración.

Origen celular CHC:

1) Células madre que mantienen una capacidad de autorrenovación.

2) Cambio de fenotipo cancer stem cell.

3) CSC origina tipos celulares implicados en el tumor.

Para erradicar el tumor:

Marcadores específicos

Agentes que eliminen sólo a las cancer stem cells.

Bibliografía

Judith Meza-Junco, Aldo Montaño-Loza y Álvaro Aguayo-González. Bases moleculares del cáncer. Revista de investigación clínica. 58 (1): 56-70.2006.

Douglas Hanahan and Robert A. Weinberg. Hallmarks of Cancer: The Next Generation. Review. DOI 10.1016/j.cell.2011.02.013.

Patología Humana Robbins S., Kumar V. Y Cotran R. S. Editorial Ediciones Harcourt S.A. 7ª ed. 2007.

Montserrat Sánchez-Céspedes. Alteraciones genético-moleculares en el cáncer de pulmón. Grupo de cáncer de pulmón. Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO). Madrid.

Ernesto José Zepeda Castilla, Edgar Recinos Money, Mario Cuéllar Hubbe, Carlos Daniel Robles Vidal y Eduardo Maafs Molina. Clasificación molecular del cáncer de mama. Cirugía y Cirujanos, enero-febrero, año/vol. 76, número 001. pp-87-93.

Victoria Tovar, Augusto Villanueva y Josep M. Llovet. Biología celular y genética en el cáncer de hígado. Progresos en hepatología. Artículo 179.672.

¡ Gracias por vuestra atención !