GENERACION DEL CANCER: PROCESO MULTISECUENCIAL EPIDERMIS MEMBRANA BASAL DERMIS HIPERPLASIA: AUMENTO PROLIFERACION CARCINOMA IN SITU: AUMENTO PROLIFERACION

GENERACION DEL CANCER: GENERACION DEL CANCER:

PROCESO MULTISECUENCIALPROCESO MULTISECUENCIAL

EPIDERMISEPIDERMIS

MEMBRANA MEMBRANA BASALBASAL

DERMISDERMIS

HIPERPLASIAHIPERPLASIA: :

AUMENTO AUMENTO PROLIFERACIONPROLIFERACION

CARCINOMA IN SITUCARCINOMA IN SITU::

AUMENTO PROLIFERACIONAUMENTO PROLIFERACION

PERDIDA DIFERENCIACIONPERDIDA DIFERENCIACION

CARCINOMA MALIGNO INVASIVOCARCINOMA MALIGNO INVASIVO::

INVASION EN TEJIDO ADYACENTEINVASION EN TEJIDO ADYACENTE

(INICIO DE LA DISEMINACION)(INICIO DE LA DISEMINACION)

Principios básicos comunes a la generación Principios básicos comunes a la generación y progresión del cáncer:y progresión del cáncer:

1.- Proceso multisecuencial: 1.- Proceso multisecuencial: mutaciones en protooncogenes y genes supresoresmutaciones en protooncogenes y genes supresores

““capacidades adquiridas”:capacidades adquiridas”:2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño de protooncogenes y genes supresores de protooncogenes y genes supresores

. Crecimiento independiente de señales externas. Crecimiento independiente de señales externas

. Evasión de muerte celular programada (apoptosis). Evasión de muerte celular programada (apoptosis)

. Capacidad de replicación ilimitada. Capacidad de replicación ilimitada

. Cambios en el fenotipo tumoral. Cambios en el fenotipo tumoral

3.- Capacidad de invasión y metástasis3.- Capacidad de invasión y metástasis

4.- Neovascularización sostenida: angiogénesis4.- Neovascularización sostenida: angiogénesis

5.- Homeostasis tumoral: 5.- Homeostasis tumoral: Interacciones células tumorales-células huéspedInteracciones células tumorales-células huésped

Hanahan & Weinberg, Cell, 2000“The hallmarks of cancer”

proliferación/angiogénesisdegradación matriz extracelular

Interacción con vasos linfáticos, vénulas

capilares…

Tumor primario

Interacciones con plaquetaslinfocitos y otros componentes

sanguineos

Formación de un microambiente favorableproliferación, angiogénesis, tumor secundario

Tumor primario

Primeros pasos de la metástasisPrimeros pasos de la metástasisAlta eficienciaAlta eficiencia

-Formación tumor primario-Adquisición de un fenotipo motil

Últimos pasos de la metástasisÚltimos pasos de la metástasisBaja eficienciaBaja eficiencia

-Diseminación hacia órganos distantes-Crecimiento de tumores secundarios

1.1. Pérdida de adhesión célula-célula:Pérdida de adhesión célula-célula: Pérdida de expresión o función de Moléculas de adhesión celular (CAMs)Pérdida de expresión o función de Moléculas de adhesión celular (CAMs)

Cambios en adhesión célula-MECCambios en adhesión célula-MEC

Cadherina-ECadherina-E

IntegrinasIntegrinas

Lamina Lamina Basal Basal

2. Degradación de MEC2. Degradación de MEC 3. Adquisición de motilidad3. Adquisición de motilidady migracióny migración

Participación de integrinasy cambios en el citoesqueleto

Activación de proteasas y degradaciónde matriz extracelular

Fenómenos angiogénicos

TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMATRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA

Transición Epitelio-MesénqimaTransición Epitelio-Mesénqima en zona invasión de papiloma en progresiónen zona invasión de papiloma en progresión

TEM (EMT) en la progresión tumoralTEM (EMT) en la progresión tumoral

Thiery, Thiery, Nat. Rev. CancerNat. Rev. Cancer, 2: 442-454 (2002), 2: 442-454 (2002)

Adhesión célula-célulaAdhesión célula-célula

ExteriorExterior

InteriorInterior

InteriorInterior

Adhesión homofílicaAdhesión homofílica

CadherinasCadherinas

Integrinas: (Dímeros Integrinas: (Dímeros , , ))

InmunoglobulinasInmunoglobulinas

Adhesión heterofílicaAdhesión heterofílica

Adhesión célula-MECAdhesión célula-MEC

Fibronectina, laminina,Fibronectina, laminina,Colágenos, etc.Colágenos, etc.

Organización de uniones intercelulares en epiteliosOrganización de uniones intercelulares en epitelios

Modificado de Pérez-Moreno et al., Cell, 112: 535-545 (2003)

CadherinasCadherinasClásicasClásicas

(Cadherina-E)(Cadherina-E)

CadherinasCadherinasdesmosomalesdesmosomales

Estructura de las uniones mediadas por cadherina EEstructura de las uniones mediadas por cadherina E

Pérdida de Cadherina-E en carcinomas ductales invasivos:Pérdida de Cadherina-E en carcinomas ductales invasivos:Asociado al grado de diferenciaciónAsociado al grado de diferenciación

Grado 1Grado 1 Grado 2Grado 2

Grado 3Grado 3 Grado 3Grado 3

Gamallo et al., 1993Gamallo et al., 1993Palacios et al., 1995, 1996Palacios et al., 1995, 1996

Loric et al., Loric et al., Eur. J. CancerEur. J. Cancer, 37: 1475-1481 (2001), 37: 1475-1481 (2001)

Expresión de Cadherina-E en carcinoma próstataExpresión de Cadherina-E en carcinoma próstata

Tej. normal Carc. próstata

Pérdida de Cadherina-E en el frente de invasión de carcinomasPérdida de Cadherina-E en el frente de invasión de carcinomas

Funciones de la adhesión célula-célula Funciones de la adhesión célula-célula mediada por cadherina-Emediada por cadherina-E

Progresión tumoralProgresión tumoral

• Pérdida de expresión/función de cadherina-E asociada al grado de Pérdida de expresión/función de cadherina-E asociada al grado de desdiferenciación de diferentes tipos de carcinomas desdiferenciación de diferentes tipos de carcinomas

• Pérdida de expresión de cadherina-E en líneas de carcinomaPérdida de expresión de cadherina-E en líneas de carcinoma asociada a la capacidad de invasión.asociada a la capacidad de invasión.

Cadherina-E: Gen supresor de la invasión tumoral.Cadherina-E: Gen supresor de la invasión tumoral.

• Expresión de Cadherina-E en líneas de carcinomas deficientesExpresión de Cadherina-E en líneas de carcinomas deficientes induce la pérdida de invasividad.induce la pérdida de invasividad.

• Pérdida de expresión de Cadherina-E asociada a Pérdida de expresión de Cadherina-E asociada a TEMTEM y a la transición y a la transición de adenoma a carcinoma (carc. Intestinales y modelos experimentales)de adenoma a carcinoma (carc. Intestinales y modelos experimentales)

Mecanismos de pérdida de Cadherina-E Mecanismos de pérdida de Cadherina-E en TEM/progresión tumoralen TEM/progresión tumoral

1.1. Regulación expresión del gen Cadherina-ERegulación expresión del gen Cadherina-E:: Mutaciones/regulación transcripcionalMutaciones/regulación transcripcional

2. 2. Regulación de la función de Cadherina-ERegulación de la función de Cadherina-E:: Mecanismos post-transcripcionalesMecanismos post-transcripcionales

- Cadherina-E- Cadherina-E- Cateninas asociadas- Cateninas asociadas


1. Mutaciones del gen de Cadherina-E1. Mutaciones del gen de Cadherina-E

- Afectan a diferentes regiones codificantes y no codificantes:Afectan a diferentes regiones codificantes y no codificantes: originan delecion de exones y cambios en la pauta de lectura, originan delecion de exones y cambios en la pauta de lectura, o proteínas truncadas.o proteínas truncadas.

- Detectadas en aprox. 50% de carcinomas lobulillares de mamaDetectadas en aprox. 50% de carcinomas lobulillares de mama y carcinomas gástricos difusos. y carcinomas gástricos difusos. Infrecuentes en otros tipos de carcinomas.Infrecuentes en otros tipos de carcinomas.

- Asociadas frecuentemente a pérdidas de heterozigosidad (LOH)- Asociadas frecuentemente a pérdidas de heterozigosidad (LOH)

- Mutaciones en la línea germinal detectadas en algunos casos:Mutaciones en la línea germinal detectadas en algunos casos: predisposición a carcinoma gástrico de tipo difuso.predisposición a carcinoma gástrico de tipo difuso.

Otros mecanimos responsables de la pérdida de expresiónOtros mecanimos responsables de la pérdida de expresiónde Cadherina-E en mayoría de carcinomas.de Cadherina-E en mayoría de carcinomas.

Mecanismos de pérdida de expresión de Cadherina-EMecanismos de pérdida de expresión de Cadherina-E

2. Hipermetilación de islas CpG del promotor de 2. Hipermetilación de islas CpG del promotor de Cadherina-ECadherina-E

- Detectado en un amplio número de líneas de carcinoma:Detectado en un amplio número de líneas de carcinoma: ej. Mama, próstata, gástrico, colorectal.ej. Mama, próstata, gástrico, colorectal.- Detectado en tumores primarios: mama, próstata, etc.Detectado en tumores primarios: mama, próstata, etc.

- Inhibición de metilación (5´-Azacitidina): revierte la expresiónInhibición de metilación (5´-Azacitidina): revierte la expresión de Cadherina-E en diferentes líneas celulares.de Cadherina-E en diferentes líneas celulares.

Mecanismos de pérdida de expresión de Cadherina-EMecanismos de pérdida de expresión de Cadherina-E

- Hipermetilación de un alelo puede estar asociada a mutación Hipermetilación de un alelo puede estar asociada a mutación somática/germinal del otro alelo o a pérdida de heterozigosidadsomática/germinal del otro alelo o a pérdida de heterozigosidad

Strathdee, Sem. Cancer Biol., 12: 373-379 (2002)

Inactivación de CD-E por mutación, metilación y LOH Inactivación de CD-E por mutación, metilación y LOH en tumores esporádicosen tumores esporádicos

TEM (EMT) en la progresión tumoralTEM (EMT) en la progresión tumoral

Thiery, Thiery, Nat. Rev. CancerNat. Rev. Cancer, 2: 442-454 (2002), 2: 442-454 (2002)



Lámina basalLámina basal

CD-ECD-E CD-ECD-E

2. Hipermetilación2. Hipermetilación CD-ECD-ECme CmeCmeCme

RepresoresRepresoresCD-ECD-E

3. Represión 3. Represión transcripcionaltranscripcional

** * **1. Mutaciones1. Mutaciones

Mecanismos de pérdida de expresión de cadherina EMecanismos de pérdida de expresión de cadherina E

Elementos reguladores del promotor de Elementos reguladores del promotor de Cadherina-ECadherina-E

Mouse

Human

Dog

TranscriptionFactors

Todos los factores identificados actúan como represores de Todos los factores identificados actúan como represores de Cadherina-ECadherina-E por interacción con cajas E proximales/E-palpor interacción con cajas E proximales/E-pal

SnailSnail induce TEM en células epiteliales induce TEM en células epitelialesSnailSnail induce TEM en células epiteliales induce TEM en células epiteliales

- Adquisición y reorganización de marcadores mesenquimáticos- Adquisición y reorganización de marcadores mesenquimáticos

FibronectinaFibronectinaVimentinaVimentina

Mo

ck

Mo

ck

Sn

ail

Sn

ail

- Adquisición de morfología fibroblástica- Adquisición de morfología fibroblástica- Pérdida de adhesión célula- célula- Pérdida de adhesión célula- célula

Cadherina-ECadherina-E PlakoglobinaPlakoglobina

- Pérdida o redistribución de marcadores- Pérdida o redistribución de marcadores epitelialesepiteliales

Expresión de Snail asociada a la pérdida de Cadherina-EExpresión de Snail asociada a la pérdida de Cadherina-Een carcinomas y melanomasen carcinomas y melanomas::

- Carcinomas ductales mama: Cano et al., 2000; Batlle et al., 2000; Carcinomas ductales mama: Cano et al., 2000; Batlle et al., 2000; Cheng et al., 2001; Blanco et al., 2002Cheng et al., 2001; Blanco et al., 2002

- Carcinoma oral: Yokohama et al., 2001Carcinoma oral: Yokohama et al., 2001

- Hepatocarcinomas: Jiao et al., 2002; Sugimachu et al., 2003Hepatocarcinomas: Jiao et al., 2002; Sugimachu et al., 2003

- Melanomas: Cano et al., 2000; Poser et al., 2001Melanomas: Cano et al., 2000; Poser et al., 2001

- Carcinomas gástricos difusos: Rosivatz et al., 2002Carcinomas gástricos difusos: Rosivatz et al., 2002

Expresión de Slug asociada a pérdida de Cadherina-E:Expresión de Slug asociada a pérdida de Cadherina-E:

- Líneas de carcinoma de mama: Hajra et al., 2002- Líneas de carcinoma de mama: Hajra et al., 2002

Expresión de E47 y Zeb1/2 asociada a pérdida de Cadherina-E:Expresión de E47 y Zeb1/2 asociada a pérdida de Cadherina-E:

- Diversas líneas de carcinoma: Comijn et al., 2001; Pérez-Moreno et al., 2001;Diversas líneas de carcinoma: Comijn et al., 2001; Pérez-Moreno et al., 2001; Guaita et al., 2002Guaita et al., 2002

Expresión de Expresión de Cadherina-ECadherina-E y y SnailSnail en carcinomas de mama en carcinomas de mama

H/EH/E SnailSnail Cad-ECad-E

Tej. MamarioNormal

Carcinoma Ductal invasivo

Blanco et al, Oncogene, 2002

Expresión de Cadherina-E, Snail, SIP1 (Zeb2) en carcinomas gástricosExpresión de Cadherina-E, Snail, SIP1 (Zeb2) en carcinomas gástricos

Tipo difuso

Tipo intestinal

E-cad Zeb2Sna E-cad Zeb2Sna

Rosivatz et al., Am. J. Pathol., 161: 1881-181 (2002)

- Expresión preferencial de diferentes represores en función del tipo tumoral?- Coexistencia de diferentes mecanismos: mutación y represión (carc. difusos)

Modelo de acción de los diferentes represores de CD-E Modelo de acción de los diferentes represores de CD-E en la progresión tumoralen la progresión tumoral

MET MET E-CadE-CadRepressors (??) Repressors (??)

Mecanismos de pérdida de Cadherina-E Mecanismos de pérdida de Cadherina-E en EMT/progresión tumoralen EMT/progresión tumoral


2. 2. Regulación de la función de Cadherina-ERegulación de la función de Cadherina-E:: Mecanismos post-transcripcionalesMecanismos post-transcripcionales

- Cadherina-E- Cadherina-E- Cateninas asociadas- Cateninas asociadas

Regulación de las uniones mediadas por cadherina ERegulación de las uniones mediadas por cadherina E

Fact. Crec.Fact. Crec.(EGF, HGF,(EGF, HGF,

TGFTGF))Tyr-quinasas (c-met, EGFR, c-src)

Tyr-fosfatasas (TPP, LAR-PTP)

Otras vías señalización:Ras, TGF, ILK

--

--+

Proteínas reguladorasdel citoesqueleto(Rho-GTPasas)

+

--

KProtea

some

Activación de -catenina: Vía de Wnt

KProtea

some

nn n

s

f-

c-Myc

Cyclin-D1

Cdc25a

Matrilisin

uPAR

Activación de -catenina: Vía de Wnt

Estructura de la proteína APC: Adenomatous Polyposis Coli

Mutantes:Cáncer deColon familiar (FAP)y no familiar

COOH

Pérdida de interacción con -catenina y/o axina

Estabilización de -catenina en citoplasma y/o núcleo

Señalización celular

a-catenina

GSK-3

APC Tcf Cadherina-E

NH2 COOHS/T: residuos fosforilables por

Dominio N-terminal

Dominio C-terminal

Repeticiones arm

Interacciones con:

Estructura de -catenina: proteína multifuncional

NH2

D S G I H S G A T T T A P S33 37 41 45

Y E Y P HepatocarcinomasV P V A F

V A F Carc. Colorectal

F A Carc. Ovario

C C Meduloblastomas

Y F A Carc. Próstata

F C A F Carc. Utero A I C

Mutaciones de -catenina en diferentes tipos de tumores:Residuos S/T (o adyacentes) fosforilables por GSK-3

Pérdida de interacción con APC: estabilización -catenina Señalización

Thiery, Nat. Rev. Cancer, 2: 442-454 (2002)

Activación Activación -catenina en frente de invasión tumoral-catenina en frente de invasión tumoral

Carcinomas de colonCarcinomas de colon

Cadherina-E y señalización de Cadherina-E y señalización de -catenina-catenina

- Pérdida de Cadherina-E puede conllevar un aumentoPérdida de Cadherina-E puede conllevar un aumento de la señalización de la señalización -catenina. -catenina.

- Presencia de Cadherina-E funcional “secuestra” a Presencia de Cadherina-E funcional “secuestra” a -catenina -catenina en la membrana, inhibiendo su señalización. en la membrana, inhibiendo su señalización.

- Lineas de carcinomas colon. Gumbiner, 2001, 2002Lineas de carcinomas colon. Gumbiner, 2001, 2002 Muñoz, 2001Muñoz, 2001 Ben Ze’ev, 2003Ben Ze’ev, 2003

Consecuencias en fenotipo, Consecuencias en fenotipo, proliferación, migración, etc.proliferación, migración, etc.

Adhesión célula-célulaAdhesión célula-célula

ExteriorExterior

InteriorInterior

InteriorInterior

Adhesión homofílicaAdhesión homofílica

CadherinasCadherinas

Integrinas: (Dímeros Integrinas: (Dímeros , , ))

InmunoglobulinasInmunoglobulinas

Adhesión heterofílicaAdhesión heterofílica

Adhesión célula-MECAdhesión célula-MEC

Fibronectina, laminina,Fibronectina, laminina,Colágenos, etc.Colágenos, etc.

DISMINUCIÓN CAMBIOS

Pérdida de adhesión célula-célulaPérdida de adhesión célula-célulaCambios en adhesión célula-MECCambios en adhesión célula-MEC

Degradación de MECDegradación de MEC(activación de proteasas matriz)(activación de proteasas matriz)

Adquisición de motilidadAdquisición de motilidady migracióny migración



Lámina BasalLámina Basal

Etapas de la invasiónEtapas de la invasión

TransiciónTransiciónEpitelio-MesénquimaEpitelio-Mesénquima

(TEM)(TEM)

AdhesiónAdhesiónCélula-MECCélula-MEC

Cambios en adhesión célula-MECCambios en adhesión célula-MEC

Células Células epitelialesepiteliales

L. basalL. basal

Adhesión de las células a la MECAdhesión de las células a la MEC

Fibrob.Fibrob.

MECMEC(FN)(FN)

Componentes mayoritarios:Componentes mayoritarios:- Laminina, Colágeno tipo IV, entactina- Laminina, Colágeno tipo IV, entactina - Fibronectina, colágenos I, II, III, - Fibronectina, colágenos I, II, III,

diversos proteoglicanosdiversos proteoglicanos

Membrana basal/Membrana basal/Lámina basalLámina basal

Matriz extracelularMatriz extracelularintersticialintersticial

Cél. epitelialCél. epitelial

Cél. epitelialCél. epitelial

Lámina Lámina basalbasal

TejidoTejidoconjuntivoconjuntivo

Visión al m. e. de la lámina basalVisión al m. e. de la lámina basal

Laminina

Colágeno tipo IV

Organización tridimensional Organización tridimensional de la membrana basalde la membrana basal

Organización de la membrana/lámina basal Organización de la membrana/lámina basal

Membrana basal: Presencia en diferentes tejidosMembrana basal: Presencia en diferentes tejidos

Kalluri, Nat. Rev. Cancer, 3: 422-433 (2003)

Cadena deCadena de colágenocolágeno

Triple héliceTriple hélice de colágenode colágeno

FibrillasFibrillas de colágenode colágeno

Fibras de Fibras de colágenocolágeno

Matriz extracelular intersticialMatriz extracelular intersticial

Red de fibras de fibronectinaRed de fibras de fibronectina

NN

NN CC

CC

OligomerizaciónOligomerización

11

11

FNRFNR

LMRLMR

FNRFNRV-CAM1V-CAM1

LMRLMRCRCR

FNRFNRLMRLMRCRCR

55

vv

33

IIbIIb

FNRFNR

FNRFNRVNRVNR

FNRFNRVNRVNRFbRFbR

Integrinas: Receptores de adhesión a MEC. Tipos principalesIntegrinas: Receptores de adhesión a MEC. Tipos principales

SeñalizaciónSeñalizacióncelularcelular

Organización Organización citoesqueletocitoesqueleto

44LMRLMR

Unión lam. basalUnión lam. basal

Cambios en la expresión de integrinas Cambios en la expresión de integrinas en células tumorales y carcinomas en células tumorales y carcinomas

Tipo celular, tumoralTipo celular, tumoral Transformada porTransformada por Cambios en integrinasCambios en integrinas

Fibroblastos Fibroblastos Murinos, humanosMurinos, humanos

Células humanasCélulas humanas

Melanoma,Melanoma,Vasos tumoralesVasos tumorales

Melanoma humano,Melanoma humano,ratón ratón

Neuroblastoma Neuroblastoma humanohumano

Carcinoma Carcinoma epidermoide humano,epidermoide humano,Carcinoma tiroidesCarcinoma tiroides

Oncogenes (Ras, RTKs)Oncogenes (Ras, RTKs)

Transformación químicaTransformación química

Clones seleccionados porClones seleccionados poraumento metástasisaumento metástasis

Reducción Reducción 55

Aumento Aumento 6, 6, 2, 2, 11

Aumento Aumento vv33

Aumento Aumento vv3, 3, IIbIIb33

AumentoAumento55

AumentoAumento6644

Carcinoma mamaCarcinoma mama Disminución Disminución 6, 6, 1, 1, 11

En muchos casos, se observan cambios en la afinidad de integrinas por ligandosEn muchos casos, se observan cambios en la afinidad de integrinas por ligandos

Cambios cuantitativos y cualitativos en el patrón de expresión de integrinasCambios cuantitativos y cualitativos en el patrón de expresión de integrinas




Tipos principales de matriz extracelular (MEC)Tipos principales de matriz extracelular (MEC)

Matriz extracelular intersticial:Matriz extracelular intersticial:

Constituyente esencial de los tejidos conjuntivos.Constituyente esencial de los tejidos conjuntivos.No posee una estructural tridimensional definidaNo posee una estructural tridimensional definidaComponentes mayoritarios:Componentes mayoritarios:- Colágenos fibrilares (Col. I, Col. II)- Colágenos fibrilares (Col. I, Col. II)- Fibronectina - Fibronectina - Diversos tipos de proteoglicanos y Diversos tipos de proteoglicanos y glicosaminoglicanos glicosaminoglicanos

Lámina basal (Membrana basal):Lámina basal (Membrana basal):

Delimita los tejidos epiteliales y Delimita los tejidos epiteliales y capilares de tejidos adyacentescapilares de tejidos adyacentesPosee una estructural tridimensional definida: Posee una estructural tridimensional definida: lámina reticularlámina reticularComponentes mayoritarios:Componentes mayoritarios:- Colágenos no fibrilares (Col. IV)- Colágenos no fibrilares (Col. IV)- Laminina, entactina- Laminina, entactina- Proteoglicanos específicos: perlacano- Proteoglicanos específicos: perlacano

- Implicación de proteasas de matriz extracelular:- Implicación de proteasas de matriz extracelular:

Enzimas con actividad Enzimas con actividad endopeptidasaendopeptidasa: cortan enlaces peptídicos en el : cortan enlaces peptídicos en el interior de las moléculas de proteínas: interior de las moléculas de proteínas:

Sustratos:Sustratos:

Diferentes componentes de MEC: colágenos, fibronectina, laminina, etc.Diferentes componentes de MEC: colágenos, fibronectina, laminina, etc.

Tipos/familias:Tipos/familias:

Definidos por sus requerimientos en el centro activo: aminoácidos Definidos por sus requerimientos en el centro activo: aminoácidos específicos (serina, cisteina, aspártico, etc.), presencia de metales (zinc, calcio)específicos (serina, cisteina, aspártico, etc.), presencia de metales (zinc, calcio)

• Metaloproteasas (Metaloproteasas (MMPsMMPs, ADAMs), ADAMs)• Serin proteasasSerin proteasas: activador del plasminógeno tisular, TPA y : activador del plasminógeno tisular, TPA y tipo uroquinasa (tipo uroquinasa (uPAuPA))

•Aspartil proteasas (catepsina D)Aspartil proteasas (catepsina D)•Cisteín proteasas (catepsinas B, C, H, L)Cisteín proteasas (catepsinas B, C, H, L)•Treonin proteasasTreonin proteasas

La proteolisis pericelular depende de la regulación de su actividadLa proteolisis pericelular depende de la regulación de su actividad

MMP MMP activaactiva

80 aa

Plasmina, otros Plasmina, otros agentesagentes

Activación de proteasas de matriz extracelularActivación de proteasas de matriz extracelular

Sistema de las Sistema de las

metaloproteasas: MMPsmetaloproteasas: MMPs

Sistema del activador Sistema del activador del pláminógeno tipo del pláminógeno tipo

uroquinasa: uPAuroquinasa: uPA

ProMMPProMMPNN CCProuPAProuPA

uPAuPA

Degradación deDegradación deComponentes de Componentes de Matriz extracelularMatriz extracelular

PlasminaPlasmina

PlasminógenoPlasminógenoNN CC

PAIs

TIMPs

Inhibidores endógenos:• PAIS: Inhibidor(es) del activador del plasminógeno• TIMPs: Inhibidor(es) tisulares de metaloproteasas

Proteolisis focalizada en el frente de invasión de carcinomasProteolisis focalizada en el frente de invasión de carcinomas

Activación de proteasas por receptores de membrana: uPAActivación de proteasas por receptores de membrana: uPA

uPA: uPA: activoactivo

PlasminaPlasmina

Pro-uPA: inactivoPro-uPA: inactivo

uPAR:uPAR:Receptor uPAReceptor uPA

MECMECPA

IsPA

Is

Proteasa de amplioProteasa de amplioespecto: acción sobreespecto: acción sobre

colágenos, fibronectina, colágenos, fibronectina, laminina, PGs,etclaminina, PGs,etc

PlasminógenoPlasminógeno

PlasminaPlasmina

SeñalizaciónSeñalizaciónintracelularintracelular

Degradación de la matriz extracelularDegradación de la matriz extracelular

Principales tipos de Proteasas implicadasPrincipales tipos de Proteasas implicadas

MetaloproteasaMetaloproteasass

Constituyen una familia de moléculas, caracterizadas por el requerimiento de Constituyen una familia de moléculas, caracterizadas por el requerimiento de metales (Zn) para su actividad enzimática. metales (Zn) para su actividad enzimática.

Se clasifican de acuerdo a su estructura, especificidad de sustrato, localización Se clasifican de acuerdo a su estructura, especificidad de sustrato, localización celular y susceptibilidad a diferentes inhibidores.celular y susceptibilidad a diferentes inhibidores.

Serin-proteasasSerin-proteasas

El sistema activador del plasminógeno tipo uroquinasa esta formado por las El sistema activador del plasminógeno tipo uroquinasa esta formado por las proteasa uPA, su receptor uPAR, inhibidores PAI y el plasminógenoproteasa uPA, su receptor uPAR, inhibidores PAI y el plasminógeno

• Metaloproteasas (Metaloproteasas (MMPsMMPs, ADAMs), ADAMs)• Serin proteasasSerin proteasas: activador del plasminógeno tisular, TPA y : activador del plasminógeno tisular, TPA y tipo uroquinasa (tipo uroquinasa (uPAuPA))

•Aspartil proteasas (catepsina D)Aspartil proteasas (catepsina D)• Cisteín proteasas (catepsinas B, C, H, L)Cisteín proteasas (catepsinas B, C, H, L)•Treonin proteasasTreonin proteasas

Subfamilias de MMPs: sustratosSubfamilias de MMPs: sustratosGrupoGrupo Nombre descriptivoNombre descriptivo Sustratos principalesSustratos principalesNombreNombre

DominioDominiomínimomínimo

MMP-7MMP-7MMP-26MMP-26

MatrilisinasMatrilisinas PGs, laminina, fibronectina, PGs, laminina, fibronectina, colágenos no fibrilares, (gelatina)colágenos no fibrilares, (gelatina)

ColagenasasColagenasas Colagenasa-1Colagenasa-1Colagenasa-2Colagenasa-2Colagenasa-3Colagenasa-3

MMP-1MMP-1MMP-8MMP-8MMP-13MMP-13

Colágenos fibrilares I,II,III,VII,X,Colágenos fibrilares I,II,III,VII,X,(Gelatina, entactina, tenascina)(Gelatina, entactina, tenascina)

EstromelisinasEstromelisinas Estromelisina-1Estromelisina-1Estromelisina -2Estromelisina -2Estromelisina -3Estromelisina -3

MMP-3MMP-3MMP-10MMP-10MMP-11MMP-11

PGs, laminina, fibronectina, PGs, laminina, fibronectina, colágenos no fibrilares, (gelatina)colágenos no fibrilares, (gelatina)Laminina, fibronectina, agrecanoLaminina, fibronectina, agrecano

GelatinasasGelatinasas Gelatinasa AGelatinasa AGelatinasa BGelatinasa B


Colágenos no fibrilares IVColágenos no fibrilares IV,V, gelatina,V, gelatinaLamininaLaminina, fibronectina, agrecano, fibronectina, agrecano

Asociadas aAsociadas amembranamembrana

MT1-MMPMT1-MMPMT2-MMPMT2-MMPMT3-MMPMT3-MMPMT4-MMPMT4-MMPMT5-MMPMT5-MMP

MMP-14MMP-14MMP-15MMP-15MMP-16MMP-16MMP-17MMP-17MMP-24MMP-24

Colágenos, gelatina, fibronectina, PGColágenos, gelatina, fibronectina, PG

Pro-MMP-2Pro-MMP-2 (pro-MMP-13) (pro-MMP-13)

OtrasOtras MetaloelastasaMetaloelastasaEnamelisinaEnamelisina


Elastina, diversos componentes MECElastina, diversos componentes MEC

Lámina basalLámina basal

MMPMMP Sustrato Sustrato SíntesisSíntesis

Metaloproteasas deMetaloproteasas de

membranamembrana

MT1-MMPMT1-MMP

MT2-MMPMT2-MMP

Tipos principales de metaloproteasas implicadas en invasiónTipos principales de metaloproteasas implicadas en invasión

Colágenos II, III, VII, X, Colágenos II, III, VII, X,

FN, LN, PGFN, LN, PG

Colágenos II, I, III, FN, LN, PGColágenos II, I, III, FN, LN, PG

ColagenasasColagenasas

Colagenasa 1 MMP1Colagenasa 1 MMP1

Colagenasa 3 MMP13Colagenasa 3 MMP13

FN, LN, PG, FN, LN, PG,

plasminógeno, plasminógeno,

elastinaelastina

EstromelisinasEstromelisinas

Estromelisina 1 MMP3Estromelisina 1 MMP3

Estromelisina 2 MMP10Estromelisina 2 MMP10

Matrilisina MMP7Matrilisina MMP7

Colágeno IVColágeno IV, V, FN, , V, FN,

LN, PG LN, PG

GelatinasasGelatinasas

Colagenasa IVA: MMP2Colagenasa IVA: MMP2

Colagenasa IVB: MMP9Colagenasa IVB: MMP9

Estroma tumoralEstroma tumoral





C. tum/end/estromaC. tum/end/estroma

C. tum/estromaC. tum/estroma

Células tumoralesCélulas tumorales

Expresión en CarcinomasExpresión en Carcinomas

Colorectal, pulmónColorectal, pulmón

MamaMama

MamaMama

Mama, colon, gástrico, Mama, colon, gástrico,

tiroides, broncolaveolar.tiroides, broncolaveolar.

Pulmón, basocelular yPulmón, basocelular y

escamoso.escamoso.

Cabeza y cuelloCabeza y cuello

Cabeza y cuelloCabeza y cuello

Gástrico, ColorectalGástrico, Colorectal

MMP2: MMP2: activaactiva

PlasminaPlasminaPro-MMPs: inactivasPro-MMPs: inactivas

MMPs: MMPs: activaactiva

Receptor Receptor MT1-MMPMT1-MMP

Pro-MMP2: inactivaPro-MMP2: inactiva

L. BasalL. Basal

MECMEC

Activación de proteasas por receptores de membrana: MMPsActivación de proteasas por receptores de membrana: MMPs

Degradación de matriz Degradación de matriz extracelularextracelular

Posiblemente implicadas en Posiblemente implicadas en crecimiento y supervivenciacrecimiento y supervivencia

SeñalizaciónSeñalizaciónintracelularintracelular

vv33

TIMPs

TIMPs

u-PARu-PAR

Proteolisis focalizada. Cooperación de células tumorales y el “entorno”Proteolisis focalizada. Cooperación de células tumorales y el “entorno”

MT-MMPMT-MMP

pro-MMPspro-MMPs

pro-uPApro-uPA

MMPsMMPs

uPAuPA

PlasminaPlasmina

PGPG

CélulaCélulaTumoralTumoral

MacrófagoMacrófago

Células delCélulas delEstromaEstroma

Activación HGF/SF, bFGF, TGF

PAIs

PAIs

TIMPs

TIMPs

Funciones clásicasFunciones clásicas

IntravasaciónIntravasaciónInvasiónInvasión ExtravasaciónExtravasación

MigraciónMigración

Funciones de MMPs en la progresión tumoralFunciones de MMPs en la progresión tumoral

Funciones adicionalesFunciones adicionales

CrecimientoCrecimiento

CrecimientoCrecimientoAngiogénesisAngiogénesis

Tumor primarioTumor primario

MetástasisMetástasis

C. Overall and C. López-Otín, Nat. Rev. Cancer, 2: 657-672 (2002)

Inhibidores de proMMPs en ensayos clínicosInhibidores de proMMPs en ensayos clínicos




Cambios asociados a la motilidad y migraciónCambios asociados a la motilidad y migración

1. Cambios en la expresión de integrinas: asociados a cambios del entorno celular1. Cambios en la expresión de integrinas: asociados a cambios del entorno celularAumento de integrinas pro-migratoriasAumento de integrinas pro-migratorias

2. Incremento de la degradación de la matriz extracelular: proteasas2. Incremento de la degradación de la matriz extracelular: proteasas

3. Cambios en el citoesqueleto celular: 3. Cambios en el citoesqueleto celular: Citoesqueleto de actina: Rho GTPasas Citoesqueleto de actina: Rho GTPasas Citoesqueleto de tubulina:Dinamica de microtubulosCitoesqueleto de tubulina:Dinamica de microtubulosFilamentos intermedios: CitoqueratinasFilamentos intermedios: Citoqueratinas

4. Implicación de factores de motilidad celular del entorno tumoral:4. Implicación de factores de motilidad celular del entorno tumoral:Factores de crecimientoFactores de crecimientoFactores quimioatrayentesFactores quimioatrayentes

Dinámica de contactos focales y lamelipodios durante la migración celularDinámica de contactos focales y lamelipodios durante la migración celular

1. Polarización celular1. Polarización celular

2. Interacción con 2. Interacción con substratosubstrato

3. Proteolisis pericelular3. Proteolisis pericelular

4. Contracción de actina4. Contracción de actina

5. Retracción y translocación5. Retracción y translocación

Sahai & Marshall, Nat. Rev. Cancer, 2: 133-142 (2002)

Participación de Rho GTPasas en diferentes etapas de metástasisParticipación de Rho GTPasas en diferentes etapas de metástasis

FACTORES DE MOTILIDAD CELULAR IMPLICADOS EN INVASION TUMORALFACTORES DE MOTILIDAD CELULAR IMPLICADOS EN INVASION TUMORAL

•AMF: Autocrine Motility Factor Secretado por células tumorales

•HGF/SF: Hepatocyte Growth Factor/Scatter Factor Secretado mayoritariamente por células del estroma tumoral Actúa a través del receptor c-Met (tirosina quinasa) Disocia células epiteliales e induce su motilidad Induce la expresión del sistema uPA-uPAR Modulado por IL-1, secretada por células tumorales

OTROS FACTORES DE CRECIMIENTO- FGFb (básico)- TGF- PDGF- IGF-1



2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño de protooncogenes y genes supresores de protooncogenes y genes supresores ““capacidades adquiridas”:capacidades adquiridas”:




. . Cambios en el fenotipo tumoralCambios en el fenotipo tumoral




Migración hacia la masa tumoral y formación de nuevos vasos sanguíneosMigración hacia la masa tumoral y formación de nuevos vasos sanguíneos

ETAPAS DEL PROCESO ANGIOGÉNICOETAPAS DEL PROCESO ANGIOGÉNICO

Degradación de la membrana que rodea los vasos sanguíneosDegradación de la membrana que rodea los vasos sanguíneos

Estimulación autocrina y paracrina entre las células endoteliales y las células Estimulación autocrina y paracrina entre las células endoteliales y las células tumorales con capacidad angiogénica: Proliferación de las células endotelialestumorales con capacidad angiogénica: Proliferación de las células endoteliales

Angiogénesis: Equilibrio entre activadores e inhibidoresAngiogénesis: Equilibrio entre activadores e inhibidores

VEGFVEGF

Homodímero de 46 Kda.Homodímero de 46 Kda.

Su expresión está muy incrementada en las Su expresión está muy incrementada en las células tumorales, y mediada por el oncogen células tumorales, y mediada por el oncogen Ras, estradiol, HIF-1, mutaciones en p53.Ras, estradiol, HIF-1, mutaciones en p53.

La falta de expresión durante el desarrollo es La falta de expresión durante el desarrollo es letal.letal.

Existen diferentes receptores para el factor Existen diferentes receptores para el factor VEGF (1-3), todos ellos con actividad tirosina VEGF (1-3), todos ellos con actividad tirosina quinasa.quinasa.

Células endotelialesCélulas endoteliales

Forman vasos débiles y diferentes en forma y Forman vasos débiles y diferentes en forma y tamaño. Existe un incremento en la tamaño. Existe un incremento en la permeabilidad vascular.permeabilidad vascular.

Células Células tumorales con tumorales con

potencial potencial angiogénicoangiogénico

VEGF o VEGF o bFGFbFGF

• Proteínas estimuladoras Proteínas estimuladoras de la proliferación de la proliferación endotelial (bFGF, PDGF, endotelial (bFGF, PDGF, IGF1)IGF1)

Célula Célula endotelialendotelial

Receptor específico Receptor específico de membranade membrana

Células Células tumorales con tumorales con

potencial potencial angiogénicoangiogénico


Receptor Receptor específico de específico de membranamembrana


ICAM1, VCAMICAM1, VCAM, , vv3, 3, SelectinaSelectina

VE CadherinaVE Cadherina

Forman vasos débiles y diferentes en forma y Forman vasos débiles y diferentes en forma y tamaño. Existe un incremento en la tamaño. Existe un incremento en la permeabilidad vascular.permeabilidad vascular.

Incrementan la expresión de las moléculas de Incrementan la expresión de las moléculas de adhesiónadhesión como E-selectina e integrinas como como E-selectina e integrinas como la la vv33 (activador MMP2). (activador MMP2).

VEGFVEGF

Proteasas de matriz Proteasas de matriz extracelularextracelular

Célula endotelialCélula endotelial

•Proteasas que degradan la Proteasas que degradan la matriz extracelular (MMPs, matriz extracelular (MMPs, UPA)UPA)

vv33

Inhibidores del proceso angiogénicoInhibidores del proceso angiogénico

Factores solublesFactores solubles::

IFN- IFN- , -, -, IL-12, IL-12

Inhibidores de Inhibidores de activadores angiogénesisactivadores angiogénesis: : (anti-VEGF, receptores)(anti-VEGF, receptores)

Derivados de matriz Derivados de matriz extracelularextracelular::

EndostatinaEndostatina

AngiostatinaAngiostatina

TrombospondinaTrombospondina

Inhibidores de Inhibidores de metaloproteasas.metaloproteasas.

naturales (TIMPS)naturales (TIMPS)

sintéticossintéticos

Inhibidores de integrinasInhibidores de integrinas

Células Células tumorales tumorales

con con potencial potencial

angiogénicoangiogénico



Angiostatina,Endostatina, TNP 470

MMPs MMPs proteasasproteasas

IFN Anti VEGFSU5416SU6668

TIMPsBMS275291

EMD 121974

endostatinaendostatina

183 aa

Colágeno XVIIIColágeno XVIII

NN CC

Colágeno XVIIIColágeno XVIIIangiostatinaangiostatina

290 aa

PlasminógenoPlasminógeno

NN CC

PlasminaPlasmina

Productos anti-Productos anti-angiogénicosangiogénicos

Inhibición de angiogénesis a diferentes nivelesInhibición de angiogénesis a diferentes niveles

R. Kerbel and J. Folkman, Nat. Rev. Cancer, 2: 727-739 (2002)

Inhibidores directos de angiogénesis en ensayos clínicosInhibidores directos de angiogénesis en ensayos clínicos

VEGF)

v1)

v3)

Inhibidores indirectos de angiogénesisInhibidores indirectos de angiogénesis

R. Kerbel and J. Folkman, Nat. Rev. Cancer, 2: 727-739 (2002)

Cancer mamaCancer mama(anti-prolif)(anti-prolif)



““capacidades adquiridas”:capacidades adquiridas”:2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño de protooncogenes y genes supresores de protooncogenes y genes supresores




. Cambios en el fenotipo tumoral. Cambios en el fenotipo tumoral




• Teoría de la semilla “seed” y el sustrato “soil” (Stephen Paget, 1889)Teoría de la semilla “seed” y el sustrato “soil” (Stephen Paget, 1889)

La metástasis no se produce al azar, las células capaces de La metástasis no se produce al azar, las células capaces de migrar tienen especificidad por cierto órganos debido al migrar tienen especificidad por cierto órganos debido al microambiente en el que se tienen que desarrollar.microambiente en el que se tienen que desarrollar.

• Teoría de la expansión mecánica (James Ewing, 1920)Teoría de la expansión mecánica (James Ewing, 1920) La metástasis no se produce al azar, la colonización de sitios La metástasis no se produce al azar, la colonización de sitios secundarios es debida a las fuerzas mecánicas circulatorias. Corrientes secundarios es debida a las fuerzas mecánicas circulatorias. Corrientes sanguineas y diametro de los vasos.sanguineas y diametro de los vasos.

• Teoría seed and soil “actualizada” (Isaiah Fidler, 2003)Teoría seed and soil “actualizada” (Isaiah Fidler, 2003) La metástasis no se produce al azar, la colonización de sitios La metástasis no se produce al azar, la colonización de sitios secundarios es debida a las fuerzas mecánicas circulatorias y en secundarios es debida a las fuerzas mecánicas circulatorias y en

sitios donde el microambiente es adecuado para el desarrollo sitios donde el microambiente es adecuado para el desarrollo de un tumor secundario.de un tumor secundario.

Fidler, Nat. Rev. Cancer, 3: 1-6 (2003)

La metástasis se origina en un entorno único, por lo que las La metástasis se origina en un entorno único, por lo que las “comunicaciones” entre la célula tumoral y el entorno metastático “comunicaciones” entre la célula tumoral y el entorno metastático son cruciales en el desarrollo tumoral secundario. son cruciales en el desarrollo tumoral secundario.

• La metástasis es un proceso selectivo: Factores homeostáticosLa metástasis es un proceso selectivo: Factores homeostáticos

Factores homeostáticos: factores que promueven el crecimiento y supervivencia tumoral Factores homeostáticos: factores que promueven el crecimiento y supervivencia tumoral

•Cáncer de mama o próstata con metástasis en hueso: Cáncer de mama o próstata con metástasis en hueso: TGFTGF, IGF, PThrP, IGF, PThrP (proteina relacionada con la hormona paratiroidea)(proteina relacionada con la hormona paratiroidea)

•Cáncer de colon con metastasis en hígado: Cáncer de colon con metastasis en hígado: EGF, TGF-EGF, TGF-..

•Cáncer de mama con metástasis en nódulos lifaticos, pulmón, higado y hueso: debidoCáncer de mama con metástasis en nódulos lifaticos, pulmón, higado y hueso: debido a que células tumorales expresan a que células tumorales expresan receptores de quimioquinas CXCR4 y CCR7receptores de quimioquinas CXCR4 y CCR7 y los y los ligandos (CXCL12 y CCL21)ligandos (CXCL12 y CCL21) se expresan en esos organos. se expresan en esos organos.

Chambers, A.F. et al., Nat. Rev. Cancer, 2: 563-572 (2002)

Pantel, K. et al., Nat. Rev. Cancer, 4: 448-456 (2004)

• La metástasis es un proceso selectivo: Marcadores molecularesLa metástasis es un proceso selectivo: Marcadores moleculares

Estudios recientes de expresión génica diferencial:Estudios recientes de expresión génica diferencial:Comparación células tumor primario y metástasisComparación células tumor primario y metástasis(“Microarrays”)(“Microarrays”)

• Presencia de células pro-metastásicas en el tumor primario: “Firma genética metastásica” (“Metastatic signature”) (Ramaswamy et al, 2003; van’t Veer et al., 2002)

• Necesaria expresión de genes adicionales para que la metástasis se manifieste y desarrolle (Kang et al., 2003; Yang et al., 2004)

• Necesaria expresión de genes específicos según el sitio específico de metástasis (p.ej., CTGF, ILN11 para metástasis ósea de carcinomas de mama;Kang et al., 2003)

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GENERACION DEL CANCER: PROCESO MULTISECUENCIAL EPIDERMIS MEMBRANA BASAL DERMIS HIPERPLASIA: AUMENTO PROLIFERACION CARCINOMA IN SITU: AUMENTO PROLIFERACION