RAS

De misapuntes
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LA FAMILIA DE ONCOGENES RAS Y SUS ADAPTADORES Y EFECTORES

Las proteínas RAS son mediadores claves de la señalización mitogénica y de la proliferación celular. Aparecen mutadas en un porcentaje significativo de tumores humanos, Estas mutaciones activan la proteína, haciendo que el flujo de señales mitogénicas sea contínuo.

Los oncogenes RAS son el paradigma de genes del cáncer y los avances en su conocimiento han discurrido paralelos a los avances en la oncología molecular.


Cáncer en 1970: oncogenes retrovirales

Los primeros datos sobre oncogenes datan de los años 70, en estudios con retrovirus. En 1964, Harvey observó que una preparación de virus de leucemia murina provocaba sarcomas en ratas recién nacidas. Por otro lado Kirsten, hizo un experimento similar pero con otro virus. Así, su nombre proviene de estos experimentos (RAt Sarcoma). De hecho, dos de los miembros de su familia toman sus nombres de las iniciales de los autores de estos artículos H-Ras o Ha-Ras y K-Ras o Ki-Ras.

En 1973, Scolnick establece que las cepas de virus de Harvey y Kirsten son virus recombinantes que llevan secuencias derivadas del propio genoma de la rata.

Tras el levantamiento de las restricciones sobre las técnicas de clonación molecular existentes hasta esta época, en 1977 aparece la posibilidad de propagar ilimitadamente el genoma de los virus Ha-MSV (Harvey Murine Sarcoma Virus) y Ki-MSV (Kirsten-Murine sarcoma Virus) en bacterias. Ya en 1982, ambos genomas fueron secuenciados.

Oncogenes celulares

En 1978 se desarrolla la tecnología de la transferencia de genes a células: transfección.

Unos años más tarde, 1982, tres grupos (Weinberg, Wigler y Barbacid) aplicaron esta tecnología. El DNA extraído de células tumorales humanas en cultivo se añadió a un cultivo de células normales de ratón. La transfección con DNA tumoral de células normales murinas indujo la transformación tumoral de las mismas. Varias rondas de este proceso permitieron identificar un fragmento de DNA que generaba tumores. Este trabajo supuso el descubrimiento de los oncogenes humanos.

Unos meses después, se intentó identificar el fragmento que causaba el cáncer. Se vio que H-RAS y K-RAS humanos eran idénticos a los oncogenes retrovirales, y por tanto dedujeron que los oncogenes son propios del organismo. Más tarde, M. Perucho identificó un tercer miembro de la familia de Ras: N-Ras.

Hasta este punto se conocían ya tres oncogenes de la familia Ras: H-Ras, K-Ras, N-Ras. Los tres tienen una estructura génica y secuencias muy similares, y un tamaño génico muy diferente. Pero, el tamaño de la proteína que codifican es idéntico para los tres, al igual que su estructura en los primeros 165 aminoácidos. Tienen una región hipervariable en el extremo C-terminal, dentro de la cual hay un dominio de mayor variación relacionado con modificaciones post-traduccionales.

Mecanismos de activación

Una vez conocido que hay una secuencia humana que tras varias manipulaciones es capaz de generar cáncer, surge la pregunta de ¿cómo se activa? ¿por qué no sucede en todas la células? En el mismo año 1983 se concluyó que los genes RAS normales y los oncogenes difieren en una modificación en un solo nucleótido. De esta forma, la activación de la transformación sería debida a: 1) mutaciones puntuales, implicadas en dañar la actividad GTPasa de Ras, o en incrementar el intercambio GDP/GTP; ó 2) sobre-expresión en ausencia de mutaciones.

El siguiente paso fue demostrar si RAS estaba mutado en tumores humanos. El análisis de tumores mediante hibridación de oligonucleótidos o secuenciación permitió afirmar que, por ejemplo, el 90% de los tumores primarios de páncreas presentan mutaciones en K-RAS.

Bioquímica

Los genes RAS codifican proteínas con actividad GTPasa que ciclan entre dos conformaciones: activa (RAS unida a GTP) e inactiva (RAS unida a GDP). La activación de RAS está regulada por proteínas intercambiadoras de nucleótidos de guanina (GEFs). La inactivación de RAS está regulada por proteínas activadoras de la función GTPasa (GAPs).

En la estructura tridimensional de RAS se distinguen: una región de unión a GDP/GTP; un switch 1 muy próximo a la región anterior, funciona como “puerta” para el GTP; y switch 2, que acompaña al anterior en su movimiento para facilitar la entrada del GTP. Básicamente, la única diferencia entre la conformación activa e inactiva es una pequeña modificación en la apertura de esos switchs.

La proteína RAS activa es capaz de unirse a muchas moléculas efectoras que transmiten la señal mitogénica para inducir diferentes respuestas como crecimiento celular, proliferación o diferenciación.

La familia Ras está formada por 24 miembros, entre los que se encuentran, además de los ya mencionados HRAS, KRAS y NRAS, otros como MRAS, RRAS, RALA, RALB, RAP1A, etc...Esta familia está englobada en una superfamilia: la superfamilia Ras, que comprende familias con funciones parcialmente distintas:

  • familia Ras: proliferación y diferenciación
  • familia Rab: transporte y secreción
  • familia Ran: transporte nuclear
  • familia Arf: transporte y secreción
  • familia Rho: citoesqueleto y transcripción

Rutas de activación de RAS y su regulación

Las señales mitogénicas son captadas por receptores tirosina quinasa (TK) de la membrana celular. Estos receptores se transfosforilan en residuos de tirosina. Las fosfotirosinas generadas servirán de punto de unión para otras proteínas, como GRB2 (a través de su dominio SHC), que activarán GEFs, Estos reguladores inducen el intercambio de GDP por GTP en RAS, activándolo. La inactivación de la proteína se produce por activación de GAPs, que eliminan el GTP unido a RAS.

Hay muchos GEFs y GAPs distintos. La primera proteína que se caracterizó como estimulador de la actividad GTPasa de RAS mediante el intercambio de nucleótidos de guanina es la llamada proteína SOS. La proteína SOS se une a las 2 a-hélices de RAS y las separa (switch 1 y 2), permitiendo el intercambio de nucleótidos de guanina.

La proteína RAS activa es capaz de unirse a muchas moléculas efectoras que transmiten la señal mitogénica para inducir diferentes respuestas: a nivel del citoesqueleto y la movilidad celular, comunicación celular, apoptosis y supervivencia, progresión del ciclo celular, etc...

Se han identificado muchas de las rutas de transducción de señales que transmiten la señal desde RAS (localizada en la membrana plasmática) hasta el núcleo. Entre ellas están la de las quinasas RAF, MEK y MAP, la ruta PI3K, RAL-GDS y las GTPasas RAL y otros muchos efectores cuya lista sigue aumentando en la actualidad.

Modelos de ratones

A finales de los años 80 y durante los años 90 se han desarrollado diversos modelos de la función de RAS in vivo usando modelos animales modificados genéticamente.

El primer transgénico de Ras, expresaba H-Ras viral bajo el control de un promotor específico de glándula mamaria. El ratón desarrolló tumores de mama. También se han generado ratones knock-out de Ras, que carecen del gen: no son viables en el caso de K-Ras, mientras que sí lo son en los casos de H-Ras y N-Ras. Hay un tercer tipo de modelos animales: los ratones transgénicos inducibles, en los que la expresión de la versión oncogénica del gen puede inducirse en un determinado momento de la vida del animal, y reprimirse en otro.

=Ras como supresor de tumores=.

Recientemente se ha descrito una nueva función de ras como supresor de tumores, ya que en distintos tipos de tumores se observó que o bien era imprescindible la perdida del alelo WT de ras, o que la perdida de este segundo alelo le confería un carácter mucho mas tumorigénico a la célula. Por lo que se concluyo que el alelo normal de ras actúa como supresor de tumores.

Funciones de los micro RNAs (miRNAs)

En diversos estudios de mutaciones en canceres humanos se vieron translocaciones en sitios sin genes. Estas translocaciones afectan la expresión de los miRNAs y así se rompe la regulación que estas pequeñas secuencias de RNA regulan el genoma.

En el 2005 se analizo el extremo 5’UTR y el extremo 3’UTR del gen Ras. En el extremo 3’UTR se descubrió la existencia de siete sitios de reconocimiento por el miRNA LET7. La unión de LET7 a estos sitios de unión puede impedir la expresión de Ras. Por esta función LET7 es considerado un supresor de tumores. Pero LET7 no sólo controla la expresión de Ras, sino también la expresión de multitud de genes, incluidas las ciclinas. En tumores humanos se han descritos perdidas de LET7 o mutaciones en el extremo 3’UTR.

Terapia del cáncer

La estructura de RAS y el hecho de que las mutaciones realmente provocan una pérdida de actividad, hicieron desechar pronto la posibilidad de revertir el efecto de esas mutaciones con fármacos específicos para inactivar RAS y por tanto parar el desarrollo tumoral. Sin embargo, los estudios iniciales desvelaron que RAS, para ser activo, necesita modificaciones lipídicas que le permiten unirse a la membrana. Una de las enzimas involucradas en este proceso, la farnesiltransferasa, se convirtió pronto en una diana terapéutica para inhibir la función de RAS. El desarrollo de inhibidores de la farnesiltranferasa ha figurado en los programas de desarrollo de fármacos antitumorales en muchas compañías farmacéuticas. De hecho, el desarrollo de estos fármacos se puede considerar también uno de los primeros ejemplos de diseño racional de estrategias terapéuticas antitumorales partiendo del conocimiento molecular de la transformación celular. Algunas de estas sustancias se encuentran ahora en ensayos clínicos.

Otras posibles estrategias terapéuticas son los RNA antisentido, inhibidores de quinasas, y anticuerpos específicos.