APC y Ruta Wnt/Beta-Catenina

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EL GEN SUPRESOR APC Y LA RUTA Wnt/b-CATENINA

La invasividad, o capacidad de penetrar en el tejido circundante, es una característica esencial de las células cancerosas. En epitelios, cuya transformación da lugar a la gran mayoría de cánceres humanos (carcinomas), la invasividad es un proceso muy complejo que incluye a su vez otros tres: la reducción de la adhesión intercelular, la degradación de la matriz extracelular y la adquisición de movilidad.

La unión intercelular y a la matriz extracelular son cruciales para la regulación del crecimiento, la morfogénesis y la diferenciación epitelial. Existen diversas estructuras de unión célula-célula (uniones estrechas, uniones adherentes, desmosomas, "gap junctions") y célula-matriz (placas de adhesión focal, hemidesmosomas). La primera etapa de la invasividad local de las células epiteliales maduras es la pérdida de las uniones célula-célula y célula-matriz. Ello implica la reducción de la expresión de las moléculas que mantienen las estructuras de adhesión: las proteínas de adhesión intercelular dependientes de calcio llamadas cadherinas y las de la familia de las inmunoglobulinas, así como las integrinas que unen las células a la matriz extracelular.

Las uniones adherentes tienen una acción anti-proliferativa y anti-invasiva que es mediada, al menos en parte, a través de contactos entre el extremo citoplasmático de la E-cadherina y una proteína denominada beta-catenina. La expresión de E-cadherina se pierdeen la transición adenoma-carcinoma, permitiendo la acquisición de capacidad migratoria e invasiva. La unión a b-catenina es esencial para la funcionalidad de la E-cadherina y la estabilidad de las uniones adherentes en células epiteliales normales: además de unirse a E-cadherina, lo hace por otra región a alfa-catenina, y ésta a su vez se une al citoesqueleto de filamentos de actina.

Los niveles intracelulares de proteína beta-catenina están controlados de una manera estricta y compleja. En ausencia de Wnt, en las células epiteliales normales la b-catenina está fundamentalmente unida a E-cadherina. La cantidad de beta-catenina libre en el citosol es muy escasa debido a su rápida degradación. La beta-catenina no unida a E-cadherina forma complejos con axina y el producto del gen supresor tumoral APC (Adenomatous Poliposis Coli) y es rápidamente fosforilada por las proteínas quinasas caseína quinasa I (CKI) y glucógeno sintasa 3beta(GSK-3beta). Ello provoca su unión a beta-TrCP y subsiguiente ubiquitinación y degradación por el proteasoma. La unión de los factores Wnt a su complejo receptor (Frizzled-LRP5/6) de la membrana plasmática impide este proceso mediante un mecanismo en el que participan poblaciones de las quinasas CKI y GSK-3beta localizadas en la membrana, que actúan sobre LRP5/6 y atraen así a Axina, lo que impide la formación del complejo que lleva a la fosforilación de beta-catenina. De modo aún no bien conocido Dishevelled (Dvl, o Dsh en invertebrados) interviene en la desintegración del complejo APC-Axin-GSK3beta-beta-catenina, y con ello se impide la fosforilación y degradación posterior de ésta. Además tiene un papel la fosfatasa PP2A y la proteína FRAT. Ello conduce a la acumulación de b-catenina libre en el citoplasma, que puede entonces translocarse al núcleo y regular actuando como un co-activador transcripcional la expresión génica uniéndose a una familia de proteínas denominadas T-Cell Factors o TCF (TCF-1, TCF-2 o LEF-1, TCF-3 y TCF-4). Estos se hallan unidos al DNA generalmente reprimiendo la expresión génica; efecto que es revertido por la unión de b-catenina, que causa la activación de los genes que estaban reprimidos por TCF como los proto-oncogenes (c-MYC, c-JUN, FRA-1) y reguladores del ciclo celular (ciclina D1), además de proteasas (matrilisina) y sus receptores (uPA-R), y otros genes (CD44, PPARd, gastrinaÉ). Además, provoca también la inhibición de la expresión de moléculas de adhesión (ZO-1). Estudios recientes han identificado 412 genes regulados por TCF-beta-catenina. El resultado es el aumento de la proliferación celular, la pérdida del fenotipo normal y el aumento de la migración e invasividad.

La b-catenina actúa pues como transductor de la vía de señalización intercelular inducida por la familia de polipéptidos Wnt (uno de los cuales es producto del oncogén wnt-1). Esta vía Wnt o de la beta-catenina tiene un papel muy importante durante la embriogénesis dirigiendo el destino (diferenciación y migración) celular. En adultos, regula la proliferación e invasividad celular, siendo el ejemplo mejor conocido el del epitelio del colon. La desregulación o activación inadecuada de esta vía es crítica en la aparición de múltiples cánceres en el hombre.

En el fondo de las criptas colónicas existen 2 ó 3 celulas troncales, que tienen capacidad proliferativa (autorenovación o self-renewal) gracias a la activacion de la vía Wnt. Estos son secretados de forma autocrina o paracrina (por los fibroblastos sub-epiteliales). Cuando tiene lugar una division celular asimetrica se generan una célula troncal y una célula progenia más diferenciada. El gradiente de factores Wnt desde el fondo de la cripta hacia la parte superior de ella crea tambien un gradiente de diferenciación celular: conforme las células suben van perdiendo las señaales Wnt y con ello la expresión nuclear de beta-catenina y la de sus genes diana, reduciendose la proliferación y aumentando la diferenciación. Cuando se adquieren mutaciones en la via Wnt (generalmente de APC y con menos frecuencia en los genes CTNNB1/beta-catenina o Axina) tiene lugar una recuperación del fenotipo progenitor indiferenciado y de la actividad proliferativa, y así se forma un foco de cripta aberrante, primer paso en el proceso tumoral.

Existen dos tipos de inhibidores de la señaalización por factores Wnt: aquéllos como FRPs (Frizzled soluble/secreted related factors), WIF-1 (Wnt Inhibitory Factor) o Cerberus (Cer), que se unen directamente a los factores Wnt disminuyendo la afinidad de éstos por su receptor; y los que, como varios miembros de la familia de proteínas Dickkopf (DKK), se unen a componentes del complejo receptor. DKK-1 se une a LRP5/6 y a la proteína Kremen (Krm) promoviendo la endocitosis de LRP5/6, impidiendo así la formación de complejos activos Wnt-LRP5/6-Frizzled.

Algunos factores Wnt no activan (en organismos distintos a la especie humana) la ruta de beta-catenina (o canónica), sino otras que se denominan alternativas o no canónicas, que involucran mediadores como RhoA, la quinasa amino-terminal de c-Jun (JNK) o cambios en los niveles de Ca2+. Si estas vías no-can—nicas se activan tambien en células humanas y su importancia en cáncer es hoy desconocido.

La actividad de la beta-catenina unida a E-cadherina, y con ello la estabilidad de las uniones adherentes, está también controlada por fosforilación. Diversas quinasas, como el EGF-R, c-Met, Src y Fyn, fosforilan esta población de moléculas de beta-catenina, modulando (reduciendo) la fuerza de la uniones intercelulares al disminuir la interacción entre E-cadherina y beta-catenina (Src) o entre beta-catenina y alfa-catenina (Fyn).

En diversos tipos de cánceres como el colorrectal, melanomas, carcinomas hepatocelulares y de ovario, endometrio o próstata y meduloblastomas se han detectado mutaciones en el gen de beta-catenina que causan la producción de proteínas incapaces de unir APC o de ser fosforiladas por GSK-3beta. Alternativamente, la mutación del gen APC en los pacientes con el síndrome de predisposición a cáncer de colon llamado poliposis adenomatosa familiar (Familial Adenomatous Polyposis, o FAP) y en un elevado porcentaje de casos de cáncer de colon esporádico impide también la fosforilación y subsiguiente degradación de beta-catenina. El resultado común es la acumulación citoplasmática de b-catenina y así la activación de la vía, con inducción o represión de los genes diana de los complejos beta-catenina-TCF. Ello se asocia con la pérdida del fenotipo epitelial y la transición de adenomas a carcinomas invasivos, pues la activación de la vía causa inicialmente la aparición de adenomas por hiperproliferación y facilita la acumulación de alteraciones (mutación de K-RAS y pérdida de expresión de E-cadherina y TP53) que conducen a la transición de adenoma a carcinoma.

APC es un gen supresor tumoral identificado en 1991 que codifica una proteína de gran tamaño (2.843 aminoácidos, 310 KDa). Su mutación más frecuente en tumores es la aparición de codones sin sentido, que causan la síntesis de proteínas truncadas que carecen de la región carboxiterminal y con ello de la capacidad de interaccionar con otras proteínas. En los tumores humanos habitualmente se pierde un alelo y el otro codifica una proteína mutada, por lo que se deduce que el mantenimiento de esta forma anormal debe jugar algún papel en la progresión tumoral. La herencia de un alelo mutado causa la poliposis adenomatosa familiar, que conduce a la aparición de cáncer de colon en edades tempranas.

La principal consecuencia de la mutación de APC es la ausencia de unión a beta-catenina y axina, y, como se ha dicho, conlleva la acumulación b-catenina. Además de esta función, la proteína APC, que también se localiza en el núcleo celular, contribuye a la salida del núcleo de la beta-catenina. Por otra parte, a través de su unión al citoesqueleto de tubulina, APC regula tanto la segregación de cromosomas durante la mitosis como la organización del citoesqueleto asociado a la membrana plasmática en los procesos de migración. Así, la mutación de APC causa: a) la activación de la vía Wnt/beta-catenina, b) inestabilidad cromosómica, c) alteraciones en la apoptosis, y d) aumento de la migración celular.

La mayoría de las mutaciones en APC se localizan en una región central denominada MCR (Mutation Cluster Region), mientras que en la reducida proporción de tumores de colon en los que no está mutada la proteína APC sí lo está la beta-catenina, en los residuos susceptibles de fosforilación por GSK-3beta.

Las terapias posibles para cánceres mediados por la activación de la vía Wnt/b-catenina incluyen anticuerpos monoclonales contra WNT, RNA interferentes y pequeñas moléculas que bloquearian la unión de beta-catenina a TCF, o la actividad de estos compejos.

La 1a,25-dihidroxivitamina D3 es el derivado más activo de la vitamina D, en realidad una hormona que se produce en el riñón y diversos epitelios a partir de la vitamina D3 ingerida en la dieta (sólo el 10% de la presente en nuestro organismo) o sintetizada en la piel por acción de la luz solar. Además de su acción más conocida favoreciendo la incorporación de calcio y fosfato en el intestino y la biología ósea, que constituye la base de su efecto protector de la masa ósea y anti-raquitismo, la 1alfa,25-dihidroxivitamina D3 tiene también acciones anti-proliferativas, pro-apoptóticas y anti-invasivas in vitro y en animales, y por ello un posible papel beneficioso frente a algunos tipos de cánceres. Desde hace tiempo se conocen datos epidemiológicos y preclínicos que la dieta rica en vitamina D y la exposición a la luz solar previenen la aparición de cáncer de colon. Esto ha llevado a sintetizar derivados de la 1alfa,25-dihidroxivitamina D3 que conservando esta acción beneficiosa carezcan de los efectos indeseables que tratamientos con dosis elevadas pueden ejercer sobre el esqueleto óseo debido a un exceso de asimilación de calcio y fosfato (hipercalcemia). Varios de estos compuestos (deltanoides) se hallan en fase de experimentación clínica frente a diversos tipos de cánceres.

Hemos observado que en células de cáncer de colon humano, la 1alfa,25-dihidroxivitamina D3 y varios de estos compuestos promueven la reversión de las células cancerosas a un fenotipo epitelial más normal. Este cambio es consecuencia de al menos tres mecanismos: la rápida inhibición de la actividad transcripcional de la b-catenina en el núcleo de las células, debido a la interacción directa entre VDR (el receptor de vitamina D) y la propia beta-catenina y a la posterior salida del núcleo de ésta, y la inducción de la expresión de E-cadherina y de DKK-1. Como resultado de estas acciones, las células cancerosas se multiplican a menor velocidad, recuperan su estado diferenciado normal y reducen su capacidad tumorogénica.

Se ha observado que la expresión de VDR disminuye durante la progresión del cáncer colorrectal. Datos recientes indican que la expresión de altos niveles del factor de transcripción SNAIL1, que en células en cultivo se une al promotor de VDR y lo reprime, se correlaciona de modo inverso con la expresión de VDR en tumores colorrectales humanos. 1alfa,25-dihidroxivitamina D3 se encuentra bajo ensayo clinico en diversos contextos tumorales.


Referencias

  1. Biología molecular y celular del cáncer. Módulo I. Biología Molecular y Celular del Cáncer. JOSE CONTRERAS. Lección 30. El gen supresor APC y la ruta Wnt/b-catenina. Master en Oncología Molecular (2007 - 2009).