Factor Inducible de Hipoxia

Hipoxia y cncer

Consuelo Boticario Boticario1 y Mara Cascales Angosto2*

1 Acadmica Correspondiente de la Real Academia Nacional de Farmacia.2 Acadmica de Nmero de la Real Academia Nacional de Farmacia.Recibido el 16 de septiembre de 2010.

RESUMEN

La hipoxia o deficiencia en el aporte de oxgeno a los tejidos, ca-racteriza una serie de situaciones fisiopatolgicas, incluido el cn-cer. El medio hipxico activa una cascada sealizadora que induceo reprime la transcripcin de muchos genes implicados en la angio-gnesis, la metstasis, el metabolismo de la glucosa y la superviven-cia/muerte celular. El responsable de esta respuesta es un factor detranscripcin heterodimrico, el factor inducible por hipoxia (HIF-1), que consiste en una subunidad alfa, sensible al oxgeno (HIF-)y una subunidad constitutiva beta (HIF-), que facilita la adaptacina la privacin de oxgeno. El HIF es un regulador positivo del cre-cimiento tumoral y su inhibicin produce la supresin tumoral. Enmuestras tumorales de pacientes, el HIF se encuentra elevado, ele-vacin que se relaciona con mal pronstico. La identificacin denuevas molculas dirigidas a la terapia del cncer, est dando nfa-sis a las molculas pequeas para inhibir eficientemente las vas se-alizadoras alteradas en el cncer.

Palabras clave: Hipoxia; Factor inducible por hipoxia; HIF-1;Terapia del cncer.

An. R. Acad. Nac. Farm., 2010, 76 (3): 379-408

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REVISIONES

ABSTRACT

Hypoxia and cancer

Hypoxia or deficient oxygen supply to tissues characterize a serieof pathological situations, included cancer. Hypoxic environment acti-vates a signaling cascade that induces or represses the transcription ofa multitute of genes involved in angiogenesis, metastasis, glucose me-tabolism and cell surviving. The responsible of the hypoxia-inducedtranscriptional response is the hypoxia-inducible factor (HIF-1), an het-erodimeric transcription factor, consisting of an oxygen-sensitive alphasubunit (HIF-), and a constitutive beta subunit (HIF-), that facilitateboth oxygen deprivation. HIF pathway is a positive regulator of tumorgrowth as its inhibition often results in tumor suppression. In clinicaltumor samples, HIF is found elevated and correlates with poor patientprognosis in a variety of cancers. The identification of novel moleculestargets for cancer therapy, has led to a shift in drug development, withmore emphasis on small molecules that can efficiently inhibit the sig-naling pathways deregulated in cancer.

Key words: Hypoxia; Hypoxia inducible factor; HIF-1; Cancertherapy.

1. INTRODUCCIN

El suministro adecuado de oxgeno a los tejidos es esencial para elmantenimiento de la funccin y fisiologa de las clulas de mamferos.La deficiencia en este suministro caracteriza aquellas situaciones fisio-patolgicas en las cuales existe insuficiente flujo sanguneo para pro-porcionar la oxigenacin necesaria (Figura 1). El medio hipxico acti-va una cascada sealizadora que promueve la induccin o represin dela transcripcin de una multitud de genes implicados en eventos talescomo la angiognesis (neo-vascularizacin), metabolismo de la gluco-sa y supervivencia/muerte celular, etc. La clave de esta respuesta a lahipoxia se encuentra en un factor de transcripcion, el factor induciblepor hipoxia (HIF). Este factor se sobreexpresa en gran cantidad de cn-ceres mediante mecanismos dependientes e independientes de la hipo-xia y su expresin se asocia con un mal pronstico en los pacientes.

CONSUELO BOTICARIO Y MARA CASCALES AN. R. ACAD. NAC. FARM.

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VOL. 76 (3), 379-408, 2010 HIPOXIA Y CNCER

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El HIF es un factor de transcripcin /-heterodimrico que regu-la la adaptacin celular a la falta de oxgeno. Los niveles bajos de ox-geno son una caracterstica de los tumores slidos y las respuestas ala hipoxia contribuyen sustancialmente al fenotipo maligno. La trans-cripcin de genes inducida por hipoxia promueve la angiognesis, in-vasin, metstasis, desdiferenciacin y aumento en el metabolismoglucoltico. Estos efectos estn mediados, al menos en parte, por ge-nes cuya expresin se activa por el factor inducible por hipoxia (HIF).El HIF funciona como un heterodmero que comprende una subuni-dad lbil, que depende del oxgeno, y una subunidad estable nodependiente del oxgeno, tambin denominada ARNT (transportadornuclear del receptor de hidrocarburos).

El HIF funciona cuando el nivel de oxgeno en los tejidos es bajoy no funciona cuando dicho nivel se eleva. Ciertas condiciones fisio-patolgicas, tales como la isquemia y el cncer muestran baja oxige-nacin local tisular debida a vasculatura defectuosa o insuficiente. Lasclulas tumorales muy proliferativas forman rpidamente masas, queal estar localizadas lejos de los vasos sanguneos, no alcanzan el apor-te necesario de oxgeno y nutrientes. En tales condiciones el HIF seactiva y, a su vez, activa o reprime la expresin de una amplia varie-dad de genes que inician la formacin de nuevos vasos sanguneos ymodifican el metabolismo, estableciendo as las condiciones favora-

Figura 1. Fisiopatologa de la hipoxia. La hipoxia o presin parcial de oxgenobaja (pO2), originada por vascularizacin defectuosa es una caracterstica de una se-rie de enfermedades (1).


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bles para el desarrollo de la masa tumoral y su proliferacin. La mo-dulacin de los genes estimulados por el HIF, implicados en el meta-bolismo tumoral y en el control del pH intracelular, puede ser tam-bin de gran utilidad en la terapia del cncer. Sin embargo, antes deintentar profundizar en la aplicacin clnica es esencial poseer mayorconocimiento bsico de las vas sealizadoras, de los mecanismos mo-leculares que regulan el HIF y de las consecuencias biolgicas de suaccin en el metabolismo tumoral, crecimiento e invasin (1, 2).

2. ESTRUCTURA DEL HIF-1

Los estudios sobre el elemento de respuesta a la hipoxia del gende la eritropoyetina condujeron a Semenza y Wang, en 1992 (3), aldescubrimiento del HIF-1 y en 1995 (4) a su aislamiento y purifica-cin. La HIF-1 humana es una protena compuesta por dos subuni-dades hHIF-1 y hHIF-1 (ARNT). La estructura de cada subunidadse muestra en la Figura 2.

La estructura muestra dos protenas HIF bHLH-PAS implicadas enla respuesta a la hipoxia que poseen motivos bHLH y PAS, necesariospara la dimerizacin, cuya regin bsica es la que proporciona la uninespecfica al HRE (elemento de respuesta a la hipoxia), en la secuenciade reconocimiento 5 T/A/G-CGTGH-3 (Figura 2) (4). La presencia deun sitio de unin al DNA para HIF-1 es necesaria, pero no suficiente,para dirigir la expresin de genes en respuesta a la hipoxia, lo que su-giere que el HIF-1 ha de interaccionar con otros factores de transcrip-

Figura 2. Estructura de las dos subunidades que forman el factor induciblepor hipoxia humano (HIF-1). Los motivos b HLH y PAS son esenciales para la di-merizacin y unin al DNA. bHLH, dominio bsico hlice-vuelta-hlice; PAS (Per-ANRT-Sim) dominio con repeticiones A y B. NLS, seales de localizacin nuclear;TAD, dominios de transactivacin (modificado de (4)).


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cin que se unan al DNA en sitios adyacentes. PAS es un dominio Per-Arnt-Sim con sus repeticiones A y B, que se encuentra en ambas subu-nidades. TAD, el dominio de transactivacin, se encuentra en ambas su-bunidades en el extremo C-terminal, pero la subunidad hHIF-1, poseeotro dominio N-TAD ms cercano al terminal N. Esta bicefalia en el do-minio TAD no es corriente entre los factores de transcripcin. El C-TADdel HIF-1 es el lugar de hidroxilacin de la asparragina por el factorinhibidor del HIF (FIH), que inhibe la actividad transcripcional de estasubunidad. Ambas subunidades poseen tambin motivos NLS o sea-les de localizacin nuclear en el terminal N, y el hHIF-1, posee otroNLS cercano al C terminal.

3. HOMEOSTASIS DEL XIGENO

El HIF es el principal factor implicado en las respuestas adaptati-vas a cambios en la oxigenacin de los tejidos. Es un / heterodme-ro que consiste en una subunidad, HIF-1, expresada constitutivamen-te y otra subunidad, HIF-1, cuya expresin se encuentra enormementeregulada. La expresin de esta ltima la determina el ritmo de su sn-tesis y degradacin. La sntesis del HIF-1 est regulada por mecanis-mos independientes del oxgeno, mientras que su degradacin se regu-la principalmente por mecanismos que dependen del oxgeno. Hasta lafecha se han identificado ms de 100 genes cuya expresin se activapor el HIF.

Son de importancia relevante para el cncer, cuatro grupos de ge-nes cuya expresin se induce por el HIF-1 y codifican las siguientesprotenas: factores angiognicos, transportadores de la glucosa y en-zimas glucolticos, factores de supervivencia y factores de invasividad.

La expresin de varios de los genes objetivo de HIF-1, tales comoel factor de crecimiento vascular endotelial (vegf), se induce por hipo-xia en la mayora de tipos celulares. Sin embargo, para la mayora delos genes objetivo de HIF-1, la expresin se induce por hipoxia de ma-nera especfica al tipo celular. Como la actividad del HIF-1 se inducepor hipoxia en casi todos los tipos celulares, est claro que el HIF-1por si solo, no puede explicar la expresin gnica especfica, ms bien,es la interaccion funcional del HIF-1 con otros factores de transcrip-cin lo que determina el subgrupo de genes objetivo de HIF-1 que se

activa en cualquier clula hipxica particular. El HIF-1 puede ser con-siderado como un mensajero que se traslada al ncleo para activar larespuesta a la hipoxia a nivel transcripcional. Los detalles de esta res-puesta estn determinados por la programacin del pasado (desarro-llo) y el presente (fisiologa) de cada clula. Quizs del 1 al 5% de to-dos los genes humanos se expresan en respuesta a hipoxia en uno oms tipos celulares de manera dependiente del HIF-1. La heteroge-neidad en la expresin de dichos genes se observa incluso entre lne-as celulares que han derivado de cnceres del mismo tipo histolgi-co. Similares hallazgos se han descrito para la expresin gnicadependiente de p53. Un factor adicional es la existencia de la prote-na relacionada HIF-2, que puede tambin dimerizar con HIF-1. Losheterodmeros que contienen HIF-1 y HIF-2 tienen especificidadesdiferentes que se solapan, con respecto a inductores fisiolgicos y ala activacin de genes. Una tercera protena relacionada es la HIF-3,que parece funcionar inhibiendo la HIF-1 (1, 2).

4. REGULACIN DE LA SNTESIS DEL HIF-1

Los organismos aerbicos estn constantemente obligados a con-sumir oxgeno. Cuantas ms clulas estn presentes en un tejido msoxgeno se necesita. Cuando una clula se divide y da lugar a dos c-lulas hijas, el consumo de oxgeno se eleva, por tanto no sorprende quelas vas principales que transducen seales proliferativas y de supervi-vencia a partir de receptores de factores de crecimiento, tambin hande inducir la expresin de HIF-1 como estrategia para el manteni-miento de la homeostasis del oxgeno. Las clulas proliferantes expre-san el factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF), que estimulala angiognesis con el objeto de proporcionar la perfusin adicionalrequerida para mantener la oxigenacin de un nmero mayor de c-lulas. Adems las clulas proliferantes para generar ATP utilizan la rutaglucoltica en lugar del metabolismo oxidativo. La induccin de la an-giognesis y la glucolisis, paralela con la proliferacin celular, est me-diada en parte por activacin de la sntesis del HIF-1. La elevacin delHIF-1 en respuesta al estmulo de receptores de factores de crecimien-to, difiere de la elevacin del HIF-1 en respuesta a la hipoxia en dosaspectos importantes. Primero, mientras la hipoxia eleva HIF-1 en to-dos los tipos celulares, el estmulo mediante factores de crecimiento


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induce la expresin de HIF-1 de manera especfica del tipo celular.Segundo, mientras la hipoxia se asocia con la menor degradacin delHIF-1, los factores de crecimiento, citoquinas y otras molculas se-alizadoras estimulan la sntesis de HIF-1 va activacin de la fosfa-tidilinositol 3-quinasa (PI3K) o de la protena quinasa activada por mi-tgenos (MAPK) (Figura 3) (5). Estudios con clulas de cncer de

Figura 3. Regulacin de la sntesis de la protena HIF-1. La unin de un factorde crecimiento al receptor tirosina quinasa activa las vas fosfatidilinositol-3-quinasa(PI3K) y protena quinasa activada por mitgenos (MAPK). PI3K, a su vez, activa la se-rina/treonina quinasa (ATK) y mTOR. En la va MAPK, la quinasa regulada por sea-les extracelulares (ERK), se activa por la quinasa MAP/ERK (MEK). ERK, a su vez, ac-tiva MNK. ERK y mTOR fosforilan la p70S6 quinasa (S6K), que fosforila a la protenaribosmica S6, y a la protena de unin al factor eucaritico de iniciacin de la traduc-cin 4E (elf-4E), (4E-BP1). La unin de 4E-BP1 a elf-4B inactiva a la ltima, al inhibirla traduccin dependiente de mRNA. La fosforilacin de 4E-BP1 previene su unin aelf-4E y estimula su actividad directamente. El efecto de la sealizacin por el factorde crecimiento se refleja en un incremento en el ritmo al cual un subgrupo de mRNAen la clula, incluyendo HIF-1 mRNA, se traduce en protenas (modificado de (5)).

mama (MCF-7) estimuladas con heregulina mostraron un incrementoen la sntesis de HIF-1, que fue inhibida por tratamiento con rapa-micina, un antibitico macrolido que inhibe el objetivo en mamferosde la rapamicina quinasa (mTOR), que funciona ms all de la PI3Ky la AKT (6). El efecto de la heregulina estuvo mediado va la regin5 - no traducida del mRNA HIF-1. Los objetivos conocidos para lafosforilacin por mTOR son reguladores de la sntesis proteica (Figura3). No obstante, no se sabe si la fosforilacin de estas protenas pormTOR es necesaria o suficiente para el incremento de la sntesis deHIF-1. La traduccin de varias docenas de diferentes mRNA est re-gulada por esta va. Las secuencias especficas en la regin 5 - no tra-ducida, puede determinar el grado al cual la traduccin de cualquiermRNA puede modularse por mTOR (2, 5).

La expresin de la protena HIF-1 es muy sensible a cambios ensu ritmo de sntesis debido a su vida media extremadamente corta encondiciones no hipxicas. Adems de los efectos sobre la sntesis deHIF-1, se ha demostrado que la activacin de la va sealizadoraRAF-MEK-ERK estimula la funcin del dominio de transactivacinde HIF-1. Este efecto se debe, al menos en parte, a la fosforilacinpor ERK del coactivador p300, con el cual interaccionan los dominiosde transactivacin. A diferencia de la hipoxia, que induce la estabili-dad y actividad transcripcional de HIF-1 en todos los tipos celula-res, la regulacin de la actividad HIF-1 por sealizacin por factoresde crecimiento es especfica de la clula. Por ejemplo, en clulas MCF-7, la heregulina induce la sntesis proteica de HIF-1, pero no indu-ce la funcin del dominio de transactivacin, mientras que el trata-miento de clulas de cncer de prstata (PC-3) con rapamicina inhibela estabilidad y la funcin del dominio de transactivacin del HIF-1.Las mutaciones oncognicas que activan las vas de transduccin deseales, inducen la actividad de HIF-1 por varios mecanismos.

Las mutaciones de prdida de funcin en genes supresores de tu-mores se asocian con mayor actividad del HIF-1. La prdida de la fun-cin VHL origina una elevacin notable en la actividad HIF-1 en con-diciones no hipxicas, debido a la alteracin en la ubiquitinacin yposterior degradacin por el proteosoma del HIF-1 y HIF-2. Aunquela regulacin, dependiente del O2, de la transactivacin est todava in-tacta, FIH-1 puede llegar a ser limitante en condiciones de sobreexpre-sin de HIF-1 y HIF-2, que conduciran a un incremento en HIF-1


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transcripcionalmente activo, en condiciones no hipxicas, en clulascarentes de VHL. Para algunos otros oncogenes y genes supresores detumores, la mutacin no solo tiene un efecto marcado en la progre-sin al cncer, sino tambin sobre la actividad del HIF-1. Algunos fac-tores de crecimiento, como el factor de crecimiento insulnico 2 (IGF2)y el factor transformante del crecimiento alfa (TGF), son tambin ge-nes objetivo de HIF-1. La unin de estos factores a sus receptores -elreceptor del factor de crecimiento insulnico 1 (IGF1R) y el receptordel factor de crecimiento epidrmico (EGFR), respectivamante- acti-van vas de transduccin de seales que conducen a la expresin delHIF-1 y a la proliferacin y supervivencia celulares. Por tanto, el HIF-1 contribuye a las vas de sealizacin autocrinas que son crucialespara la progresin al cncer. Los mecanismos que conducen a los ele-vados niveles de HIF-1 han sido esclarecidos mediante experimentosen lneas celulares cancerosas y se han complementado con demostra-ciones inmunohistoqumicas de sobreexpresin del HIF-1 en biopsiasde cncer humano (2).

5. CAMBIOS POST-TRADUCCIONALES EN EL HIF-1

La sealizacin va factor inducible por hipoxia 1 requiere ml-tiples modificaciones post-traduccionales. Estas modificaciones sonlas que regulan la vida media del HIF-1 y van a mediar su desesta-bilizacin y degradacin. Entre estos cambios post-traduccionalescabe citar: las prolina hidroxilasas, la unin a la protena VHL, la hi-droxilacin de la asparragina, la acetilacin de la lisina y la accin delas quinasas (7).

Dos prolina hidroxilasas (PH) dependientes de oxgeno, que hidro-xilan la subunidad alfa del heterodmero HIF /, determinan su es-tabilidad y actividad. La hidroxilacin de los residuos de prolina enel dominio de degradacin, dependiente de oxgeno (ODDD) del HIF-1 (prolinas 402 y 564 del HIF-1 humano), seala la unin del HIF-1 a un complejo ubiquitina ligasa E3 que contiene la protena vonHippel-Lindau (VHL) (Figura 4). VHL junto con un grupo de prote-nas, elongina B elongina C, Cul 2 y Rbx-1, regula la vida media deHIF-1 en clulas bien oxigenadas. La interaccin del HIF-1 conVHL se acelera por acetilacin del residuo lisina en 532, mediante unaacetil transferasa (ARD1). La eliminacin del HIF-1 ocurre median-


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te la ubiquitinacin post traduccional y posterior reconocimiento porla maquinaria destructora del proteosoma (Figura 4). As que, en pre-sencia de oxgeno y pocos minutos despus de su sntesis, la subuni-dad HIF-1 sufre hidroxilaciones, se ubiquitina y se degrada por elproteosoma (2, 8, 9).

Las mutaciones en el gen vhl, que conducen a la prdida de su fun-cin, se asocian con el carcinoma de clulas renales (RCC) y con laenfermedad VHL, un sndrome familiar. El HIF-1 es, por tanto, es-table y activo en estas patologas e induce la transcripcin de genescuyos productos actan promoviendo la vascularizacin en los tumo-res. Estas observaciones dan buena cuenta de la estrecha conexinexistente entre HIF, angiognesis y tumorignesis (10, 11).

La PH, de la que existen tres isoformas, se regula a varios niveles.La concentracin de oxgeno, no solo determina la actividad PH sinotambin su expresin, ya que los genes phd2 y phd3, pero no phd1, seregulan por hipoxia/HIF (12). Esta regulacin feedback asegura la r-


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Figura 4. La hidroxilacin es la clave de la regulacin del HIF-. En condicio-nes normxicas (niveles elevados de pO2) la prolil hidroxilasa (PH) y el factor inhi-bidor de HIF-1 (FIH) son activos. Estas dioxigenasas usan oxgeno y 2-oxoglutarato(2-OG), para hidroxilar dos residuos prolina situados en el dominio de degradacindependiente de oxgeno (ODDD) y un residuo asparragina en el dominio de activa-cin transcripcional C-terminal (C-TAD). La hidroxilacin de las prolinas seala launin a la protena Von Hippel-Lindau (VHL), que contiene el complejo ubiquitinaligasa E3 que ubiquitina al HIF-1 marcndolo para su destruccin por el proteoso-ma. La hidroxilacin del residuo asparragina promueve la interaccin con un co-ac-tivador el CBP/p300 que modula la respuesta del HIF-1 (modificado de (2)).

pida intervencin cuando la concentracin de oxgeno se restablece aun nivel elevado. Al igual que ocurre con el HIF-1, la PH est some-tida a la degradacin por el sistema ubiquitina-proteosoma, pero pordiferentes ubiquitina E3 ligasas, Siah1 y Siah2, las cuales a su vez, seregulan tambin por el HIF (13). Adems de oxgeno elevado, las PHrequieren 2-oxoglutarato (2-OG) como cosustrato y ascorbato y Fe2+

como cofactores. El 2-OG es un metabolito del ciclo tricarboxlico(TCA), cuya concentracin est regulada por el propio ciclo TCA. Paraaadir otro nivel de complejidad, el succinato producido por la reac-cin hidroxilasa y por el ciclo TCA, acta como inhibidor. Es intere-sante destacar que las mutaciones en enzimas del ciclo TCA, talescomo la succinato deshidrogenasa (SDH) y la fumarato hidratasa ofumarasa (FH), se encuentran conectadas con la tumorignesis (12).Tanto la SDH como la FH se han identificado como supresores de tu-mores y la prdida de su funcin por mutaciones, conduce a la acu-mulacin de succinato y fumarato, respectivamente. En estas condi-ciones el HIF-1 es estable y el HIF-1 activa o reprime genes.

Si por cualquier razn el flujo de eventos que conduce a la des-truccin del HIF-1 no se completara o fuera defectuoso, y algunaprotena HIF-1 escapara de la degradacin, la actividad HIF-1 se-ra, no obstante, inhibida por otra hidroxilasa dependiente de oxge-no, denominada factor inhibidor del HIF-1 (FIH). La hidroxilacinpor este enzima se verifica en un residuo asparragina (813), situadoen el dominio de activacin transcripcional, que se encuentra en elterminal C (C-TAD) de la subunidad HIF-1, con la inhibicin resul-tante de la interaccin con las protenas de unin (CBP) a los coacti-vadores transcripcionales (CREB) y p300. As que, las clulas han de-sarrollado un mecanismo adicional en el caso de malfuncionamientode la PH, aunque esto puede reflejar tambin un mecanismo para lainduccin selectiva de genes. En presencia de bajos niveles de oxge-no (hipoxia), o en condiciones de elevadas concentraciones de espe-cies reactivas de oxgeno (14), estos enzimas no funcionan y el HIF-1 es estable y tiene la capacidad de translocarse al ncleo dondeinteracciona con la subunidad beta que, se expresa de manera cons-titutiva no influenciada por la concentracin de oxgeno. El comple-jo / HIF se une entonces a los elementos responsables de la hipo-xia (HRE) de los genes cuya transcripcin va a ser regulada. Cada vezson ms los genes identificados, y se ha demostrado que al menos 70


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son activados por el complejo HIF. Los ms investigados son aquellosimplicados en la angiognesis, vasodilatacin, eritropoyesis, metabo-lismo anaerbico de la glucosa, apoptosis proliferacin y superviven-cia (Figura 5), pero tambin interesan los genes implicados en otrasfunciones como la inflamacin y diferenciacin en el desarrollo em-brionario. Aunque el HIF aumenta la actividad transcripcional de lamayora de genes, tambin puede reprimir la transcripcin de otros,mediante mecanismos an poco estudiados. HIF-1 se encontrara ensituacin estable, se traslocara al ncleo, donde al formar complejocon el HIF-1 y unirse al HRE, realizara su misin de activar/repri-mir genes.

Figura 5. Regulacin de la actividad de la HIF-1 por hidroxilacin de las pro-linas catalizada por las PH. (A) En las condiciones de normoxia la PH hidroxila losresiduos de prolina 402 y 504. Esta hidroxilacin causa la unin del HIF-1 al su-presor tumoral VHL (Von-Hipel-Lindau) y promueve la ubiquitinacin del HIF-1 ysu degradacin por el proteosoma. (B) En condiciones de hipoxia HIF-1 se estabi-liza, se trasloca al ncleo donde heterodimeriza con HIF-1 y se une al HRE dondeactiva la expresin de genes implicados en la angiognesis, eritropoyesis, apoptosis,proliferacin y supervivencia, proteolisis, regulacin del pH y metabolismo de la glu-cosa (modificado de (12)).

6. SELECTIVIDAD DE LA INDUCCIN DE GENESDEPENDIENTES DE HIF

El factor HIF puede inducir selectivamente diferentes genes me-diante dos mecanismos que dependen: (a) de la isoforma o (b) del do-minio de activacin transcripcional (TAD) (2).

6.1. Selectividad dependiente de la isoforma

La subunidad HIF- existe en clulas humanas como tres isofor-mas expresadas por locus individuales. Existe gran similitud en las se-cuencias proteicas de HIF-1 y HIF-2 (total, 48%; bHLH, 85%; PAS-A, 68%; PAS-B, 73%) y ambas estn sometidas a la misma regulacinpost traduccional. La menos estudiada es la HIF-3, que parece jugarun papel dominante negativo en la respuesta hipxica. Segn datosconsultados parece que HIF-1 y HIF-2 pueden ser selectivos en losgenes que inducen o reprimen. Por ejemplo, el gen que codifica la an-hidrasa carbnica 9, se induce predominantemente por la subunidadHIF-1, mientras que el de la HIF prolina hidroxilasa 3 (phd3) se in-duce por HIF-1 y HIF-2. El que ciertos genes sean inducidos poruna u otra subunidad o la especificidad del tipo celular con expresindominante de una u otra es algo todava no esclarecido (12).

6.2. Selectividad dependiente de la activacin transcripcional

Ambos HIF-1 and HIF-2 poseen dos dominios de activacintranscripcional (TAD). Esta caracterstica bicfala no es corriente enlos factores de transcripcin; la mayora de ellos tiene solo un TAD.Los TAD NH2- y COOH-terminales: N-TAD y C-TAD del HIF-1 huma-no no presentan ms que un 20% de similitud en la secuencia protei-ca, mientras que la secuencia proteica N-TAD de HIF-2 y HIF-3comparten un 60% de identidad con la HIF-1 humana, respectiva-mente. La HIF-1 C-TAD humana est bien conservada cuando secompara con la HIF-2 C-TAD humana (ms del 70%). Adems, am-bos dominios N-TAD y C-TAD muestran elevada conservacin de lasecuencia proteica entre las especies (ms del 90%). Como se mencio-n anteriormente, la actividad transcripcional de HIF se inhibe por la


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hidroxilacin del residuo asparragina del dominio C-TAD por la FIH.As que, la modulacin del nivel de expresin, hacia arriba o haciaabajo, de la FIH conduce respectivamente a afianzar o eliminar la ac-tividad C-TAD. Con este procedimiento se ha demostrado la existen-cia de dos grupos de genes, inhibidos o no inhibidos por FIH y con-ducidos respectivamente por el C-TAD (con o sin el N-TAD) o elN-TAD. Dado que los dos sensores del oxgeno la PH y la FIH tienendiferente Km para el oxgeno, y que la PH requiere para su actividadmayor concentracin de oxgeno que la FIH, se ha postulado que enreas cercanas a los vasos sanguneos, donde las clulas estn msoxigenadas, la PH estar activa lo que ocasionar la completa degra-dacin del HIF-1. Una cada en la presin de oxgeno inactivar pri-mero a la PH, lo que origina la estabilizacin del HIF-1, no obstan-te con el mantenimiento de la actividad C-TAD, la FIH continuaractiva (Figura 6). Con una posterior cada en oxgeno, la inhibicintotal de los dos sensores, conllevar a la estabilizacin completa deHIF-1 y a una total liberacin de C-TAD, capacitndole para inter-accionar con los cofactores (2, 16).

As que, la liberacin de C-TAD se producir solo en condicionesde severa hipoxia cuando la FIH se inhiba totalmente. Por tanto, laexpresin de genes dependientes de N-TAD y C-TAD o N/C-TAD esta-r mediada por el gradiente del oxgeno en los tejidos. En condicio-nes suaves de hipoxia se expresarn los genes dependientes solo deN-TAD. Por el contrario en hipoxia severa se llegar a la total activa-cin de los genes sensibles a la familia de C-TAD o N/C-TAD.

7. METABOLISMO TUMORAL EN HIPOXIA

La estabilizacin y activacin de HIF tiene efectos profundos so-bre el metabolismo, en particular sobre la utilizacin de la glucosa(glucolisis) y la sntesis proteica. Esto, a su vez, repercute en el des-tino celular que conduce a la supervivencia o muerte celular y posi-ble metstasis.

La glucosa se metaboliza siguiendo una cadena de reacciones quevan, desde el transporte de la glucosa, glucolisis, ciclo tricarboxlicoy fosforilacin oxidativa (Figura 7). La ltima etapa, la fosforilacinoxidativa en la mitocondria es la va principal que utiliza la clula


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para generar ATP, y es dependiente del oxgeno. Por tanto, las clulashipxicas han de encontrar una va alternativa para obtener suficien-te ATP para sobrevivir. La glucolisis citoplasmtica tambin produceATP, pero 18 veces menos. Aumentando el ritmo de incorporacin deglucosa y de la glucolisis, mediante la activacin mediada por HIF dela expresin de los transportadores de la glucosa y enzimas de la vaglucoltica citoplasmtica, las clulas hipxicas elevan el suministrode ATP. De esta manera, la glucolisis en las clulas hipxicas compen-sa la menor produccin de ATP debida a la menor fosforilacin oxi-

Figura 6. Selectividad del dominio de activacin transcripcional de la trans-cripcin dependiente de HIF. La pO2 cae progresivamente en tanto en cuanto el tu-mor se distancia de los vasos sanguneos y la masa tumoral se expande. Se detectauna elevacin paralela en el nivel de HIF-1 estable y en el efector VEGF-A. Las pro-lina hidroxilasas (PH) son ms sensibles a una cada en pO2 que el factor inhibidordel HIF-1 (FIH), como se sugiere por la determinacin in vitro de las Km. As que lasPH se inhiben antes que las FIH cuando disminuye el oxgeno. A concentracin mo-derada de oxgeno se acumular algn HIF-1 estable, pero los genes dependientes desu C-TAD no se inducirn totalmente debido a la restriccin impuesta por la activi-dad FIH. Sin embargo, los genes que requieren solo N-TAD sern inducidos. Una pos-terior cada en pO2 prevendr la hidroxilacin por FIH y eliminar la inhibicin de C-TAD permitiendo la unin del co-activador transcripcional CBP/p300, condiciones enlas que HIF-1 conseguir la completa actividad funcional (modificado de (2)).

dativa en la mitocondria. El elevado ritmo de incorporacin de la glu-cosa en tumores puede visualizarse utilizando la tomografa de emi-sin de positrones (PET) despus de la inyeccin a los pacientes deglucosa radioactiva no metabolizable [fluor-18] 2-desoxi-2-fluoro-d-glucosa, detectando su acumulacin en tumores slidos, lo cual es


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Figura 7. Metabolismo tumoral en hipoxia. Las clulas tumorales responden almedio hipxico elevando la expresin de transportadores de glucosa Glut1 y enzimasde la glucolisis. En clulas normales, el piruvato generado en la glucolisis se meta-boliza mediante el ciclo tricarboxlico (TCA) y la fosforilacin oxidativa, muy eficien-te en la produccin de energa. Sin embargo, en condiciones hipxicas el piruvato seconvierte en lactato debido a la limitacin de la fosforilacin oxidativa. Como estaopcin es menos eficiente en la produccin de energa, las clulas tumorales lo com-pensan incrementando la incorporacin y el metabolismo de la glucosa. La acumu-lacin de lactato contribuye a la acidosis, caracterstica de los tumores. Para mante-ner el equilibrio entre el pH extra e intracelular, el lactato tiene que salir de la clulava el transportador H+/lactato monocarboxilato (MCT1-4), mientras que el H+ salepor intercambiador activable por factor de crecimiento y sensible al amilrido Na+/H+

(NHE-1). El CO2 generado se convierte en cido carbonico por el ectoenzima unidoa membrana la anhidrasa carbnica (CA) IX o XII y el HCO3

, una base dbil, se in-corpora a la clula por transportadores dependientes de Na+ e independientes deHCO3

lo que consigue elevar el pH intracelular. El co-sustrato 2-oxoglutarato (2-OG)requerido para la actividad de las hidroxilasas PH y FIH se genera en el ciclo TCA.El catabolismo de los aminocidos es tambin una fuente de 2OG. La produccin desuccinato o fumarato por enzimas de ciclo TCA, succinato deshidrogenasa (SDH) yfumarato hidratasa o fumarasa (FH) conduce a la inhibicin feedback de estas hi-drolasas (modificado de (2)).


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predictivo de tumores agresivos. Se sabe que los tumores tienen unaelevada tasa de glucolisis, incluso cuando la concentracin de oxge-no es favorable para la fosforilacin oxidativa (2, 17).

En el metabolismo glucoltico, una molcula de glucosa se convier-te en dos de piruvato y se generan dos molculas de ATP y NADH. ElNADH se utiliza para reducir el piruvato a lactato. En el metabolismooxidativo, el piruvato, derivado de la glucosa, entra en la mitocondriay en el ciclo TCA se convierte en acetil Coenzima A y CO2. El NADHy el FADH2 generado en este proceso proporcionan electrones a loscitocromos de la cadena respiratoria y por ltimo al oxgeno, gene-rando ATP. La oxidacin completa de una molcula de glucosa origi-na 36 molculas de ATP.

No obstante, oncogenes tales como c-myc y akt, que se consideranimplicados en la proliferacin y supervivencia celular en cncer, acti-van tambin el metabolismo glucoltico citoplasmtico y pueden ac-tuar en concierto con el HIF. Otra conexin interesante entre cncery disfuncin mitocondrial se demostr con el hallazgo que la ltimaetapa de la cadena electrnica mitocondrial concerniente a la citocro-mo c oxidasa, depende de p53 (2).

Otra caracterstica de los tumores, reconocida desde hace tiempo,es su bajo pH intersticial. Las clulas tumorales producen principal-mente dos cidos: cido lctico y cido carbnico, resultantes del me-tabolismo de la glucosa. El piruvato producido en la glucolisis en c-lulas hipxicas, en lugar de entrar en el ciclo TCA, se reduce a cidolctico (18). Esta reaccin est promovida tambin por el HIF me-diante la activacin del gen que codifica la lactato deshidrogenasa Ay mediante la restriccin de la actividad piruvato deshidrogenada. Elnmero de H+ producidos por molcula de ATP es seis veces mayoren la glucolisis anaerobia que en la glucolisis-ciclo TCA-fosforilacinoxidativa. Por consiguiente, la concentracin tisular de CO2 se elevaas como los H+ que generan y son tamponados con bicarbonato. Paramantener la homeostasis del pH las clulas tienen que recurrir a laaccin de una serie de bombas, intercambiadores y transportadores(Figura 7). La familia de protenas transportadoras de monocarboxi-lato (MCT) excretan lactato y H+, mientras que el intercambiadorNa+/H+, que se activa por factores de crecimiento y es sensible al ami-lrido (NHE-1), intercambia el H+ intracelular por el Na+ extracelular.

Las anhidrasas carbnicas (CA) son ectoenzimas unidos a membra-nas, que se inducen por hipoxia. Las CA IX y CA XII, transforman r-pidamente el CO2, que se difunde a travs de la membrana, a cidocarbnico. Los intercambiadores Cl/HCO3 dependientes e indepen-dientes de Na+ (AE) contribuyen a la alcalizacin del pH intracelular.De esta manera, una sobrecarga en la salida de la clula de los ci-dos lctico y carbnico llevar a una bajada en el pH extracelular (aci-dosis). La modulacin de la acidosis tumoral en fibroblastos transfor-mados por Ras, por disminucin de la expresin de los genes nhe1 opgi (fosfoglucosa isomerasa, enzima de la ruta glucoltica), ha mos-trado tener capacidad de inhibir la tumorignesis. La expresin y ac-tividad del NHE-1 y la expresin de la isoforma MCT4 se regulan porhipoxia y la CA IX es uno de los productos genticos ms intensamen-te inducidos por HIF (2).

Los suministros de oxgeno y nutrientes van siempre unidos, ya queambos son transportados a los tejidos por el sistema vascular, y las li-mitaciones de uno (hipoxia) o de los otros (escasez de nutrientes), ori-gina la inhibicin de la va mTOR, que controla la sntesis proteica yel crecimiento. La activacin de mTOR se verifica en presencia de fac-tores de crecimiento, hormonas, aminocidos y componentes extrace-lulares, a travs de vas sealizadoras tales como las Ras/ERK yPI3K/Akt que convergen en el complejo TCS1/2 anterior a mTOR. Porotro lado, la represin de mTOR en hipoxia, ocurre directamente me-diante la activacin del complejo TSC1/2, que depende, a su vez, de ac-tivacin de la protena REDDI/RTP801, dependiente de HIF. Hay quedestacar que las mutaciones en el supresor tumoral TSC1/2 conducena la esclerosis tuberosa compleja (TSC), un sndrome caracterizado porla formacin de tumores benignos denominados hamartomas. TSC1/2se regula tambin por el gen supresor tumoral pten (fosfatasa y tensi-na), cuando las mutaciones de prdida de funcin en pten originan acu-mulacin del HIF-1 posiblemente va activation de mTOR. Una cone-xin reguladora entre hipoxia y metabolismo tumoral puede existir atravs de la estabilizacin de HIF-1 inducida por mTOR. La hipoxiay la escasez de nutrientes inhiben la clsica traduccin cap-dependien-te, pero el mRNA que contienen los sitios de entrada del ribosoma in-terno (IRES), puede todava ser traducido. Ambos HIF-1 y su gen ob-jetivo vegf-A contienen secuencias tales, que en condiciones de estrs,mantienen la induccin de la angiognesis (2).


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La respuesta metablica de las clulas a la hipoxia y a la escasezde nutrientes es una estrategia que permite a las clulas adaptarse ysobrevivir, pero cuando las condiciones se vuelven extremas hay quebuscar otras tcticas. La ltima en supervivencia es la macroauto-fagia, un mecanismo en el cual las clulas se alimentan de si mis-mas para enfrentarse a la falta de nutrientes. La macroautofagiacomprende la degradacin del grueso de las protenas celulares porun sistema lisosmico/vacuolar. Sorprende que la macroautofagiaest regulada por la va PI3K/Akt/mTOR. Este proceso es de granimportancia para la tumorignesis por la implicacin del objetivogentico proapopttico del HIF, la protena 2 que interacciona conBcl-2/adenovirus EIB (BNIP3). Adems, la muerte celular mediadapor BNIP3, requiere la eliminacin de factores de crecimiento, aci-dosis o privacin de glucosa. As que, dependiendo de la intensidady duracin de la exposicin de las clulas al estrs hipxico y su res-puesta metablica, las clulas pueden seguir la va de la superviven-cia o de la muerte (2).

La hipoxia y la acidosis tumoral resultante pueden influenciar nosolo la tumorignesis sino tambin la metstasis. La metastasis impli-ca la alteracin de la unin clula-clula y de los contactos clula-ma-triz, que promueven la migracin celular a travs de las membranasbasales y del estroma de los tejidos, hacia la circulacin sangunea yel sistema linftico. Un nmero importante de protenas implicadasen la metstasis se inducen por HIF: vimentina, fibronectina, quera-tinas 14, 18, 19, metaloproteinasa de la matriz 2, catepsina D y el re-ceptor de la uroquinasa activadora del plasmingeno. El microam-biente cido de los tumores puede modular la actividad de lasproteasas y se han encontrado concentraciones elevadas de lactato quese relacionaron con la incidencia de metstasis. Tambin, la E-cadhe-rina, que juega un papel clave en la adhesin celular y la transicinepitelio mesenquima, est reprimida por la activacin de HIF en c-lulas de cncer renal. La represin ocurre mediante la estabilizaciny activacin del factor nuclear Snail. El producto de gen objetivo deHIF, la lisina oxidasa 2, induce un cambio conformacional en Snail,que conduce a su parcial estabilidad por represin de la expresin dela E-cadherina y as la invasin se conecta con la hipoxia/HIF en c-lulas de carcinoma renal. Ciertos factores que promueven la migra-cin celular son tambin genes objetivo del HIF tales como el factor


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de motilidad autocrina (que codifica la fosfoglucosa isomerasa), el pro-tooncogen que codifica el receptor tirosina quinasa c-MET y el recep-tor de citoquinas CXCR4.

8. HIF-1 EN LA TERAPIA DEL CNCER

El HIF-1 juega un papel clave en la reprogramacin del metabo-lismo en el cncer al activar los genes que codifican los transporta-dores de la glucosa y los enzimas glucolticos, que incorporan la glu-cosa y la convierten en lactato; la piruvato deshidrogenasa quinasa 1,que desva el piruvato fuera de la mitocondria; y el BNIP3 que des-encadena la autofagia selectiva mitocondrial. El desvo del metabolis-mo oxidativo hacia metabolismo glucoltico, es lo que permite el man-tenimiento de la homeostasis redox y la supervivencia celular encondiciones de hipoxia prolongada (19, 20).

La hipoxia intratumoral se ha considerado una fuerza que condu-ce a la progresin tumoral con pronstico negativo en los pacientes.El descubrimiento de los HIF, que median las respuestas transcrip-cionales a los cambios en la concentracin de oxgeno, ha renovadoel inters por descubrir y desarrollar terapias dirigidas en base al mi-croambiente hipxico tumoral. Las clulas cancerosas estn expues-tas a un gradiente de oxgeno que fluctua en tiempo y espacio, el cualdesencadena la activacin de vas de supervivencia que no se inducennormalmente en tejidos normales y que pueden ser potencialmentedirigidos para propsitos teraputicos (21, 22).

9. MECANISMOS DE ACCIN DE LOS INHIBIDORESDEL HIF-1

Un gran nmero de agentes que inhiben la expresin y actividaddel HIF-1, pueden proporcionar medios tiles para su desarrollo cl-nico (Figura 8). De acuerdo con su mecanismo de accin estos inhi-bidores del HIF pueden ser clasificados como agentes que modulanlo siguiente: expresin del mRNA del HIF-1, traduccin del HIF-1,degradacin del HIF-1, unin al DNA del HIF-1 y actividad trans-cripcional del HIF-1 (23, 24).


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9.1. Inhibidores de la expresin del HIF-1 mRNA

El acmulo del HIF-1 se controla principalmente a nivel de su sn-tesis o degradacin y la mayor parte de los inhibidores, identificadoshasta la fecha, de la actividad del HIF-1 se dirigen a estas vas. Sinembargo, parece ser que en condiciones de hipoxia la concentracin delHIF-1 mRNA puede ser un factor limitante que afecte la traduccinde la protena (25) y se cree que molculas pequeas inhibidoras pue-den afectar la expresin del HIF-1 mRNA y como consecuencia la tra-duccin del HIF-1. Un hecho interesante que puede aadir especifici-dad a la inhibicin del HIF-1 es el uso de oligonucletidos antisentidodirigidos al HIF-1 (EZN-2698) (26). El EZN-2968 es muy especfico yse une al HIF-1 mRNA con elevada afinidad causando la inhibicinde su expresin y por consiguiente la reduccin de la concentracin deHIF-1, tanto in vitro como in vivo. El tratamiento con EZN-2968 invitro inhibi el crecimiento de clulas tumorales, inhibi la expresin

Figura 8. Mecanismos de accin propuestos de los inhibidores del HIF-1(modificado de (21)).

de los genes objetivo del HIF-1 y alter la capacidad de las clulas HU-VEC de formar tubos. La administracin de EZN-2968 in vivo dismi-nuy la concentracin del HIF-1 endgeno y la del VEGF mRNA enhgado de ratn normal y mostr actividad antitumoral en modelos tras-plantados de cncer humano de prstata (DU145). Resultados prelimi-nares en pruebas clnicas en fase I en pacientes con tumores slidosavanzados indican que el EZN-2968 puede administrarse sin efectos ad-versos y que su actividad se ha observado en un paciente con carcino-ma metasttico renal (RCC). Sin embargo, se requieren ms estudiosque aseguren la limitacin de los oligonucletidos antisentido sobre lostejidos tumorales.

Otro agente que parece afectar la expresin del HIF-1 mRNA esla aminoflavona (AF), un ligando del receptor aril-hidrocarburo(AhR), que se encuentra en la actualidad en la fase I de las pruebasclnicas en pacientes con cncer metasttico. Como el AhR dimerizacon el HIF-1, ha sido interesante probar si la activacin farmacol-gica de la va AhR usando AF, poda afectar la concentracin del HIF-1. Estos estudios han demostrado que la AF inhibe la acumulacindel HIF-1, pero de una manera independiente del AhR. El mecanis-mo propuesto, aunque no el exacto de la inhibicin del HIF-1 por laAF es la modulacin de la expresin del HIF-1 mRNA (21).

9.2. Inhibidores de la traduccin de la protena HIF-1

Aunque son todava poco conocidos los mecanismos implicadosen la regulacin de la hipoxia sobre la traduccin del HIF-1, diver-sos agentes se han descrito que pueden afectar la sntesis de la pro-tena HIF-1. Uno de los primeros agentes descritos es el topotecan,un agente quimioteraputico aprobado por la FDA, usado en la actua-lidad como terapia de segunda lnea en pacientes con cncer de clu-las pequeas o cncer de ovario. El topotecan es un anlogo de lacamptotecina que inhibe la topoisomerasa I al inducir la formacinde complejos estables Top1-DNA, los cuales en el caso de replicacindel DNA generan roturas en la doble cadena y citotoxicidad. Hay quedestacar que el topotecan inhibe la traduccin del HIF-1 por un me-canismo dependiente de Top1, pero independiente de la lesin al DNA,lo que sugiere que la citotoxicidad y la inhibicin del HIF-1 estnmecansticamente separadas (27). Adems, la administracin diaria


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de dosis bajas de topotecan en un modelo de ratn con trasplante deglioma, inhibi la expresin de la protena HIF-1, la angiognesis yel crecimiento tumoral. La administracin diaria de topotecan encombinacin con el anticuerpo anti-VEGF bevacizumab, ejerce acti-vidad antitumoral sinrgica en modelos de trasplantes, lo que propor-ciona una prueba para el desarrollo clnico de esta estrategia combi-natoria (28). Un estudio piloto en el que se administre topotecan adiario por va oral a pacientes con cncer metasttico refractario pro-porcionara evidencia de si este agente es capaz de afectar la seali-zacin de HIF-1 en tejido tumoral. La capacidad de inhibir la traduc-cin de HIF-1 parece estar compartida por todos los agentes queinhiben Top1. Como el topotecan tiene una vida media corta, cuandose administra a pacientes, es lgico pensar que otros inhibidores dela topoisomerasa I con farmacocinticas ms favorables pueden serms idneos para la supresin crnica de la va HIF-1. En este aspec-to un agente interesante es el EZN-2208, una forma PEGilada deSN38, el componente activo CPT-11 (Irinotecan Pfitzer, New York, NY,USA; Yakult Honsha, Tokyo, Japan), que se caracteriza por mejorarla farmacocintica y por una notable actividad antitumoural en mo-delos pre-clnicos de tumores humanos slidos y linfomas, incluyen-do tumores resistentes CPT-11. La actividad de EZN-2208 ha sido de-mostrada en tumores refractarios CPT-11, por su capacidad de inhibirla acumulacin del HIF-1, actuando as sobre el microambiente deltumor ms que sobre las clulas cancerosas (29). El EZN-2208 se en-cuentra en pruebas clnicas en fase I y II en estudios en combinacin.Los glucsidos cardiacos son otra clase de agentes que afectan la tra-duccin HIF-1. En particular la digoxina se ha identificado como uninhibidor potente de la actividad del HIF-1 (30), porque inhibe la tra-duccin del HIF-1 por un mecanismo independiente de mTOR ymostr actividad antitumoral en modelos trasplantados. As que, ladigoxina, utilizada para el tratamiento del fallo cardiaco y arritmias,se est analizando en una fase I de pruebas clnicas como potencialagente anticncer. De acuerdo con estos resultados, el fraccionamien-to de un extracto con solvente orgnico de la planta Crossosoma bi-gelovii llev al descubrimiento de un nuevo glucsido, la estrofantidi-na que tambin inhibi la actividad transcripcional de HIF-1 (31).Otro inhibidor del HIF-1, que se encuentra en fase I de pruebas cl-nicas en pacientes con cncer metasttico avanzado, es el PX-478. Esteagente mostr actividad antitumoral notable en una variedad de mo-


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delos trasplantados con tumores humanos, la cual parece relacionar-se con niveles de expresin del HIF-1 (32). El PX-478 inhibi la ex-presin de HIF-1 de manera independiente de pVHL y p53. La inhi-bicin ocurre a muchos niveles, ya que se han propuesto tresmecanismos que pueden contribuir a aminorar la acumulacin delHIF-1. Tambin se ha sugerido que el PX-478 inhibe la desubiquiti-nacin del HIF-1, lo que conlleva mayor degradacin del HIF-1 po-liubiquitinado, reduccin de la expresin del HIF-1 mRNA que afec-ta la traduccin del HIF-1 (33). Una va sealizadora, implicada enla induccin de la traduccin de HIF-1, dependiente de factores decrecimiento es mTOR. Sin embargo, mTOR y la sntesis global de pro-tenas se inhiben en casos de hipoxia severa, y por esto, la contribu-cin de estas vas a la traduccin del HIF-1 bajo hipoxia se conocean muy poco (34). Varios inhibidores de mTOR, como el temsiroli-mus y el everolimus, agentes aprobados por el FDA para el tratamien-to del cncer renal, inhiben la actividad del HIF-1. Las pruebas cl-nicas han desmostrado la eficacia de estos agentes en el tratamientodel RCC. En un estudio clnico de fase III, el temsirolimus adminis-trado como nico agente, mejor significativamente la supervivenciatotal de pacientes con RCC avanzado y mal pronstico, comparadocon el tratamiento con IFN (35). La administracin de everolimus apacientes con RCC metasttico, que progres despus de terapias di-rigidas al VEGF, prolong la supervivencia frente al placebo en unaprueba clnica de la fase III randomizada (36). Estn en curso ensa-yos clnicos para evaluar el potencial de los inhibidores de mTORcomo agentes nicos o en combinacin, para el tratamiento de otroscnceres slidos. Si la inhibicin del HIF-1 puede contribuir a la ac-tividad teraputica de esta clase de agentes en otros cnceres que elrenal, es algo que tiene que ser establecido.

9.3. Inhibidores que afectan la va de degradacin del HIF-1

La estabilidad del HIF-1 resulta afectada por su interaccin conla Hsp90 (heat shock protein 90), ya que en presencia de inhibidoresde la Hsp90, el HIF-1 sufre degradacin por el proteosoma, indepen-diente del VHL (37). Esto es debido a que el heterodmero HIF-1 nopuede adquirir su propia conformacin y fracasa al reclutar los co-factores requeridos para su actividad transcripcional. El desarrollo de


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los inhibidores de la Hsp90 se inici con el descubrimiento del pro-ducto natural la galdanamicina, un antibitico benzoquinona ansami-cina que inhibe la Hsp90 compitiendo con el sitio de unin al ATP.La galdanamicina induce la degradacin del HIF-1 en varias lneascelulares, en condiciones tanto hipxicas como normxicas (38). Losprimeros inhibidores de la Hsp90 que entraron en pruebas clnicasfueron los 17-AAG y 17-DMAG y en la actualidad un gran nmero deinhibidores de la Hsp90 de segunda generacin estn en pruebas cl-nicas como agentes anticncer. Sin embargo, dado al rango de prote-nas que pueden ser afectadas por la inhibicin de la Hsp90, es dif-cil determinar hasta que grado su actividad antitumoral puederelacionarse con la inhibicin del HIF, ms an en ausencia de prue-ba clnica que asegure los efectos especficos de la inhibicin de laHsp90 sobre las vas sealizadoras del HIF-1. Los inhibidores de lahistona desacetilasa se han implicado tambin en la regulacin de laactividad del HIF-1 por varios mecanismos potenciales, que incluyenla induccin de la degradacin del HIF-1 y la regulacin de la acti-vidad transcripcional del HIF-1 (39). Aunque permanece controverti-do un papel directo de la acetilacin en la regulacin del HIF-1, evi-dencias recientes indican que la sirtuina 1 (Sirt1), una desacetilasasensible a los cambios redox, estimula selectivamente la actividad delHIF-2 durante la hipoxia. Los inhibidores de la histona desacetilasase estn evaluando en tumores slidos como agentes nicos o en com-binacin.

9.4. Inhibidores de la unin del HIF-1-DNA

La inhibicin de la unin HIF-1-DNA al elemento responsable dela hipoxia (HRE), un paso requerido para la induccin de la trans-cripcin, es un mecanismo potencial mediante el cual las molculaspequeas pueden inhibir la actividad del HIF. La evidencia de que estemecanismo puede inhibir la actividad transcripcional del HIF-1 fue-ron conseguidas por identificacin de la equinomicina, un pptido c-clico de la familia de los antibiticos de la quinoxalina, aislado origi-nalmente del Streptomyces echinatus, el cual se une al DNA de unamanera especfica. El desarrollo clnico de la equinomicina se inicien los ltimos ochenta, despus de amplias pruebas como agente ci-totxico en fases I-II, que fracasaron (21, 40).


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Se ha observado que las antraciclinas, agentes quimioteraputicosefectivos para el tratamiento de una amplia variedad de cnceres, in-hiben la actividad HIF-1 al ejercer su actividad citotxica por meca-nismos que incluyen la intercalacin en el DNA. Recientes evidenciasindican que la doxorubicina (DXR) y la daunorubicina (DNR) inhi-ben la actividad trasnscripcional del HIF-1 por bloqueo de su unina la secuencia HRE. La administracin de DXR o DNR a ratones tras-plantados con cncer de prstata humano, inhibi significativamenteel crecimiento tumoral y la vascularizacin, a la vez que disminuylas clulas angiognicas circulantes. La movilizacin de estas clulasen la sangre estuvo mediada por los genes, inducidos por el HIF-1,que codificaban citoquinas pro-angiognicas, cuya transcripcin fueinhibida selectivamente en ratones tratados con antraciclinas. Estodemuestra que las antraciclinas pueden ejercer actividad antitumoralal inhibir la actividad del HIF-1 y la angiognesis y que la inhibicindel HIF-1 puede ser uno de los mecanismos potenciales que contri-buyen a la actividad de la quimioterapia metronmica (21, 41).

9.5. Inhibidores de la actividad transcripcional del HIF-1

La quetomina se identific originalmente como un inhibidor de laactividad transcripcional del HIF-1 al interferir la interaccin del HIF-1 con el co-activador p300. Sin embargo, debido a su toxicidad, eldesarrollo de este frmaco no ha tenido el xito deseado. La inhibi-cin del proteosoma conduce al acmulo normxico del HIF-1.Paradjicamente, el HIF-1 que se acumula cuando se bloquea el pro-teosoma es transcripcionalmente inactivo. El Bortezomib (PS-341) esun inhibidor del proteosoma, aprobado por la FDA para el tratamien-to de pacientes con mieloma mltiple, pacientes con linfoma y en pa-cientes que han sufrido al menos una terapia previa. La actividad an-titumoral del bortezomib puede relacionarse con su capacidad parareprimir la actividad transcripcional del HIF-1 (42). A concentracio-nes nanomolares el bortezomib fue capaz de alterar la interaccin conp300-HIF-1 al intensificar la unin del FIH al HIF-1 (43). La FIHes una dioxigenasa que hidroxila la asparragina 803 en el dominio detransactivacin C-terminal del HIF-1, previniendo as el reclutamien-to del co-activador p300. Es un hecho que las concentraciones de bor-tezomib capaces de inhibir la actividad del HIF-1 son mucho ms


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bajas que las requeridas para alterar la funcin del proteosoma, loque hace pensar que el mecanismo de inhibicin del HIF por el bor-tezomib es independiente de la inhibicin del proteosoma (21).

10. CONCLUSIONES

El conocimiento de la biologa del HIF-1 y de la regulacin del HIF-1 ha experimentado una notable expansin en los ltimos aos. El blo-queo molecular de la actividad del HIF-1, cuando se dispone de suficienteoxgeno, implica una cascada de eventos inducidos por enzimas, entrelos que se incluye las hidroxilaciones de la prolina y la asparragina, y laubiquitinacin que elimina la subunidad HIF-1. En caso de hipoxia es-tos eventos mediados por enzimas, se inhiben y el HIF-1 activo puedepromover la transcripcin de multitud de genes, cuya expresin puedeser beneficiosa o perjudicial para el organismo dependiendo de su esta-do fisiopatolgico. El desarrollo de planteamientos farmacolgicos queinhiban al HIF puede proporcionar estrategias teraputicas contra elcncer. La inhibicin farmacolgica de las vas inducidas por hipoxia estsiendo validada en pruebas clnicas por determinados agentes que puedanser utilizados por si solos o en estrategias combinatorias.

11. AGRADECIMIENTOS

A Adoracin Urrea Salazar por la colaboracin prestada en lapreparacin del manuscrito, en la realizacin del ajuste electrnico delas figuras y en la bsqueda de bibliografa.

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*Informacin de Contacto:Dra. Mara Cascales AngostoAcadmica de Nmero de la Real Academia Nacional de Farmacia.Email: [email protected]

Abreviaturas: ARNT, transportador del receptor nuclear de hidrocarburos; bHLH, b-sico-hlice-vuelta-hlice (basic-helix-loop-helix); BNIP3, protena 3 que interacciona con Bcl-2/adenovirus EIB de 19kDa; CITED, CBP/p300 interacting transactivator withED-rich tail 2; CBP, protena que se une a CREB; 4E-BPI, protena de unin al elf-4E;elf-4E, factor eucaritico de iniciacin de la traduccin 4E; Epo, eritropoyetina; FIH,factor que inhibe a HIF-1; FH, fumarato hidratasa (fumarasa); HIF, factor induciblepor hipoxia; HO-1, hemo oxigenasa; HRE, elemento de respuesta a hipoxia; HSP, heatshock protein; iNOS-2, xido ntrico sintasa 2 inducible; IRES, sitio de entrada al in-terior del ribosoma; mTOR, objetivo de la rapamicina en mamferos; NHE1, intercam-biador Na+/H+ (Na+/H+ exchanger); 2-OG, 2-oxoglutarato; ODDD, dominio dependientede la degradacin del oxgeno; PAS, Per-Arnt-Sim; PGI, fosfoglucosa isomerasa; PTEN,fosfatasa y tensina; PH, prolina hidroxilasa; SDH, succinato dehidrogenasa; TAD, do-minio de activacin transcripcional; TCA, cido tricarboxlico; VEGF, factor de creci-miento vascular endotelial; VHL, von Hippel-Lindau, protena supresora.


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Factor Inducible de Hipoxia