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VIAS DE SEÑALIZACION EN CANCER

La transducción de señal ocurre cuando una molécula de señalización extracelular activa un receptor generalmente ubicado en la superficie de la célula. A su vez, este receptor altera moléculas intracelulares creando una respuesta. Los pasos generales en estas rutas son: 1) Liberación de 1º mensajero o ligando por la misma célula u otras células. 2) Recepción del ligando por proteínas de membrana celular denominadas receptores, que alteran la estructura terciaria y cuaternaria para iniciar la cascada de señalización. La mayoría de las proteínas se activan forforilándose; otras lo hacen uniéndose a GTP (Guanosín trifosfato). 3) Cascada de señalización: formada por diversas proteínas que se activan y así activan a la siguiente de la cascada. Junto con estas cascadas intervienen moléculas pequeñas denominadas 2º mensajeros, que pueden dirigirse a distintos compartimientos celulares para transmitir el mensaje. Son: AMPc, Ca+2, IP3 (Inositol 1,4,5 trifosfato) y DAG (Diacilglicerol) 4) El efecto final es activar a factores de transcripción que activan o reprimen diferentes genes. Principales 1º mensajeros: PDGF, EGF, TGF-β (son factores de crecimiento que en general producen activación de mitosis: TGF-β puede funcionar como represor de crecimiento en algunos casos) – Hormonas, citoquinas, oligopéptidos, prostaglandinas, etc. Tipos de receptores: a) Receptores asociados a Proteína G b) Receptores asociados a Enzimas o con actividad enzimática c) Nucleares d) Receptores asociados a canales iónicos Receptores de membrana asociados a proteínas G. Debido a su estructura molecular, las proteínas G se clasifican en dos tipos, heterotriméricas y monoméricas. Las primeras, grandes o heterotriméricas, están constituidas por tres subunidades distintas, denominadas αβγ; se trata de proteínas ancladas a membrana. Las segundas, pequeñas o monoméricas, con una única subunidad, se encuentran libres en el citosol y nucleoplasma. I) Receptores de membrana asociados a proteínas G heterotrimétricas: Los receptores se denomina 7-M porque tienen 7 hélices en el interior de le membrana. Las proteínas G heterotriméricas se denominan así por asociarse a GDP o GTP y por tener tres unidades: 2 de éstas se asocian a los lípidos de membrana celular interna y el tercero (α) se une a GDP o GTP. La activación de la proteína G por el ligando produce el reemplazo de GDP por GTP, y así la Prot G activada (Gα) puede activar al 2º mensajero. Hay dos enzimas importantes que se asocian a 7-M: PKA y PKC: PKA: Algunas Gα activan a la adenilato ciclasa de la membrana, que convierte al ATP en AMPc (y pirofosfato). AMPc activa a PKA (proteinquinasa A) que fosforila a proteínas en Ser-Treon. Esta fosforilación produce un cambio de la actividad del sustrato. Por ejemplo, cuando se activa, la proteína quinasa A puede viajar al núcleo y fosforilar al CREB (del inglés cAMP response element-

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binding) que es un factor de transcripción que se une a un motivo llamado CRE (del inglés cAMP response elements). CREB regula la trancripcción de genes como C-Fos, BDNF, bcl-2, egr-1 (factor de transcripción de la familia de dedos de Zn que activa genes mitogénicos), ciclina 1 y neuropéptidos (somatostatina, VGF, CRH, etc).La activación de CREBS se detecta en Leucemia Mieloide Aguda y en cánceres de pulmón de células no pequeñas.

CREB (Factor de transcripción) es fosforilado por diversas quinasas, entre las cuales se observa PKA. La activación de CREB activa la transcripción de varios genes relacionadas con la proliferación celular, entre otros.

(Recordar: En el proceso de capacitación espermática el aumento de la fluidez de membrana conduce a la activación de los canales de iones: Na+, CO3H- y Ca+2, que penetran en el espermatozoide y activan la Adenilato ciclasa que transforma ATP en AMPc. Con esto se activa la PKA, que fosforila proteínas en Serina y Treonina, y activa a la PTK (Fosfotyrosin quinasa) que fosforila proteínas en Tyrosina (VCP/P97 y AKAP)

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PKC: Otras proteínas G activan la vía del Fosfoinositol por medio de la Fosfolipasa C-β, que actúa sobre PIP2 (fosfatidilinositol 4,5 bifosfato), ubicado en la membrana celular y lo cliva en: IP3 (Inositol 1,4,5 trifosfato) y DAG (Diacilglicerol). IP3 es una molécula hidrosoluble que difunde por el citosol, llega al RE y abre los canales de Ca+2, aumentando la concentración de este catión en el citoplasma. DAG y Ca+2 activan a PKC (Proteinquinasa C dependiente de Ca+2), que es una Ser-Treon quinasa.

Relación de PKCβ y cáncer: Cáncer de estómago: Antiapoptosis Leucemia Mieloide Aguda (AML): Proliferación celular, sobrevivencia y antiapoptosis Leucemia Mieloide Crónica(CML): Proliferación celular, sobrevivencia Cáncer pancreático: Migración celular y antiapoptosis Cáncer prostático: Proliferación celular y angiogénesis Otras isoenzimas de PKC intervienen en cáncer de tiroides, riñón, cabeza y cuello, hígado. II) Las proteínas G pequeñas o monoméricas son una gran familia formada por subfamilias: Ras, Rho, Rab, Arf y Ran. Ras y Rho que regulan crecimiento celular y la actividad de actina en el citoesqueleto. Arf y Rab regulan el tráfico de vesículas y Ran regula la importación de moléculas el núcleo. Ras, formada por varios tipos: H,K y N, es una proteína clave en la bifurcación de señales a distintas rutas, regulando proliferación y diferenciación celular. Como toda proteína G, se activa al unirse a GTP y se inactiva al unirse a GDP.

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30% de los cánceres humanos tienen Ras mutado. (ver Ras en la ruta EGFR-MAPK) Receptores de membrana asociados a enzimas: Los más comunes son: Receptores Tyr-quinasas (TyrK) y Receptores Ser-Treon quinasas. Los receptores TyrK (los más difundidos) se relacionan con las rutas de señalización: MAPK (Mitogen-activated Protein Kinase) y PI3K/Akt (Protein Kinase B) . Ruta de MAPK (Mitogen-activated Protein Kinase): Los receptores TyrK se fosforilan a sí mismos cuando son activados, previa oligomerización de dos receptores adyacentes. Las TyrK fosforiladas acoplan a proteínas con dominios SH2 (como la Fosfolipasa C, la Tyr citoplasmática Src y PI3K ó fosfatidil 3 quinasa). Luego se acopla la proteína adaptadora Grb-2, que recluta SOS, que a su vez se une al Ras y lo activa, al eliminar GPD y unirlo a GTP. Ras activado activa a Raf, que activa a MEK, que activa a ERK (MAPK), que fosforila a sustratos que actán como factores de transcripción, y a ciclinas quinasa dependientes (intervienen en el pasaje de G1 a S en el ciclo celular). Por lo tanto, esta familia de receptores intervienen en proliferación, diferenciación y supervivencia celulares. Amplificación o mutación de egfr: cáncer de pulmón de células no pequeñas,

glioblastoma, cáncer de mama, esófago y cuello uterino.

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Ruta de PI3K/Akt: EFGR activado activa a PI3K (que consta de dos sub-unidades: p85 y p110), que fosforila a PIP2 y lo transforma en PIP3, que activa a PKB (denominada también Akt - Akt es el homologo humano del oncogen viral v-Akt (retrovirus Akt 8)). (La fosforilación de Akt la realizan PDK1 y 2: (Ser-Treon Quinasas dependientes de fosfoinositol, que son reclutadas por PIP3 desde el citoplasma), y en parte directamente PIP3. Akt bloquea a la Caspasa 9 Akt bloquea a p53 por intermedio de MCM2 (y origina así señales antiapoptóticas) Akt activa a m-TOR (interviene en la biogénesis de ribosomas, inicio de la transcripción del ARNm y organización del citoesqueleto de actina) Akt activa a JNK/SAPK. (c-Jun N-terminal kinase/stress activated protein kinase ) Esta última quinasa trasloca al núcleo y activa a factores de transcripción como c-Jun y SMAD 4.(c-Jun, unido a c-Fos, forma el factor de transcripción AP1 que controlan la proliferación y la apoptosis mediante su capacidad de regular la expresión y función de reguladores del ciclo celular como ciclina D1, p53 y los inhibidores p21waf1, p19ARF y p16INK. Recordar que c-Jun es un oncogén que aparece mutado en algunos cánceres de pulmón). En resumen, esta ruta se relaciona con la supervivencia celular.

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La fosforilación de PIP2 está inhibida por la Fosfatasa PTEN (que defosforila

residuos de Tyr, Ser y Treon); por ese motivo, PTEN es considerado un gen

supresor, y su mutación conduce a la proliferación celular. Varios cánceres

cursan con mutación de PTEN: de endometrio, de cabeza y cuello, y se

detectó susceptibilidad en el cáncer de próstata.

NOTA: Un caso particular de Tyr quinasa activada es la Leucemia Mieloide

Crónica , que en el 90% de los casos cursa con una traslocación entre

cromosomas 9 y 22, originándose el cromosoma filadelfia. Se forma el gen

BCR-ABL que sobre-expresa una Tyr quinasa continuamente activada.

Receptores Ser-Treon quinasas: TGF-βR son activado por TGF-β y actúan en proliferación, reparación tisular (transición epitelio-mesénquima (EMT), en fibrosis y en producción de proteínas de matriz extracelular. Los receptores a TGF-β activados fosforilan a proteínas SMAD, que se mueven al núcleo y reclutan a otras proteínas que actuán como factores de transcripción. Los factores de transcripción activados son: Snail, ZEB y HLH, que reprimen marcadores epiteliales. Los Snails reprimen E-Cad, claudinas, Ocludinas y Crumbs 3 (fundamental para la polaridad basal.apical)

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Pero los Snails activan a genes de fibronectina, N-Cad, Vimentina (marcadores de mesénquima) metaloproteasas (destructoras de EMC) y proteínas involucradas en migración (RhoB). También activa a proteínas que modulan la actina para cambiar su distribución cortical a la de fibras de estrés que se unen a adhesiones focales para dar movilidad a la célula (en esas adhesiones se unen a fibronectina y vitronectina para avanzar a través de la matriz extracelular). En resumen, esta ruta es importante en EMT. En embriogénesis normal, la activación de esta ruta es fundamental para la gastrulación y la migración de algunas células. En adultos, TGF-βR está mutado en cáncer de colon.

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Receptores citoplasmáticos y nucleares: se unen a ligandos hidrofóbicos, y

se encuentran en citoplasma y núcleo. Ejemplo: receptores a E2, andrógenos y

a hormonas tiroideas.

En líneas celulares de cáncer de mama RE positivas se demostró que el

receptor de E2, unido a E2 y traslocado al núcleo, junto con otro factor de

transcripción, se une al gen que codifica a E-Cad y lo reprime. Este sería una

de los mecanismos de malignización relacionados a la activación de RE

en cáncer de mama.

Regulación de la transcripción por proteólisis: Rutas Hedgehog y

Wnt/beta catenina

Ruta Hedgehog**: La ruta funciona en el cilio primario, una estructura que existe en casi todas las células de vertebrados, y que tiene un esqueleto de microtúbulos 9+0 (son cilias inmóviles). Esta ruta es activada en humanos cuando la proteína SHH (Sonic Hedgehog) *** se autocliva a un producto de menor PM (SHH-N), que es exportado al exterior con participación de la proteína de membrana DISP (Dispatched, que puede traducirse como mensajero). En ausencia de ligando, DISP inhibe a una proteína de membrana (SMO), evitando la activación de un factor de transcripción denominado GLI, que activa a genes Hedgehog. Estos genes se relacionan con la mitosis celular: ciclinas D1 y B1y factores angiogénicos. En presencia de ligando, SHH-N se une luego al receptor Patched-1 (PATCH1 o PTC1), que también se denomina DISP, y lo internaliza y así se degrada, permitiendo la expresión de SMO, que viaja por el cilio y activa a GLI. Por lo tanto, en presencia continua de señal, pueden desarrollarse cánceres como carcinoma basocelular, algunos rabdomiosarcomas, meduloblastoma. Esto ocurre en pacientes con mutaciones de PTC1, que se considera un gen supresor: la mutación deja libre a SMO que activa continuamente a GLI, conduciendo a síndrome de Gorlin (múltiples nevus, que en el 90% de los casos terminan con un carcinoma basocelular).

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La ruta Hedgehog es importante en embriogénesis, pues dirige la formación de los dedos y la división del procencéfalo en telencéfalo (hemisferios cerebrales) y diencéfalo (hipotálamo, tálamo, etc). La falla en la ruta puede ocasionar holoprocencéfalo, microfefalia y además ciclopia. (**: hedgehog significa erizo; la ruta se denomina así pues su falla origina en la

Drosófila una variedad con partes de su cuerpo lleno de espículas)

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Sonic the Hedgehog, un héroe de videojuegos, que probablemente originó el nombre del ligando de la ruta de señalización (infantilismo del científico que lo descubrió?) SHH se origina en la notocorda del embrión, que en el adulto queda reducida a una parte de los discos intervertebrales Pero SHH en el adulto se origina en una gran diversidad de células. Recientemente se demostró que los cultivos de células de leucemia mieloide

aguda, cuando son tratadas con inhibidores de PICH1, expresan altos niveles

de bcl2 (antiapoptótico) y de GLI (Tesis de maestría de Friburgo)

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Ruta Wnt: Las proteínas Wnt son los ligandos oficiales de esta vía. Son glicoproteínas de secreción de una amplia gama de células, desde neuronas a fibroblastos. Pero factores de crecimiento también estimulan la ruta Wnt (FGF o

factor de crecimiento fibroblástico y TGFβ). Si bien se conocen 4 rutas para Wnt, la más difundida es la denominada ruta canónica Wnt/𝛃 𝐂𝐚𝐭𝐞𝐧𝐢𝐧𝐚. En ausencia de ligando, la 𝛃 𝐂𝐚𝐭𝐞𝐧𝐢𝐧𝐚 libre del citoplasma es continuamente degradada por un proceso de fosforilación mediado por un complejo formado por: a) la enzima glucógeno sintetasa quiinasa 3β (GSK-3β) cuya función es marcar, mediante fosforilación,a las β-cateninas para su ubicuitinación y rápida degradación mediante proteosomas; b) una proteína supresora de tumores llamada poliposis coli adenomatosa (APC), que incrementa la afinidad del complejo de degradación hacia las β-cateninas, lo que es necesario para una efectiva fosforilación de β-catenina por GSK-3β; c) una proteína de agregación llamada axina, que es la encargada de mantener unido al complejo de degradación; d) la enzima caseína quinasa1α (CK1α) que, junto con GSK-3β, median la fosforilación. (Es importante recordar que una parte de la β Catenina está unida a E-Caderina, y junto con α Catenina relacionan E-Cad con el citoesqueleto de actina, lo que confiere estabilidad a la célula epitelial)

En presencia del ligando (Wnt), se activa el receptor Frizzled (Fzd) que fosforila a la proteína Dishevelled (Dvl), que bloquea al complejo que fosforila a la β Catenina. La consecuencia es el aumento de la concentración de esta molécula que trasloca al núcleo y se une al factor estimulador linfoide (LEF) y al factor de células T (LEF-1/TCF), para formar un poderoso factor de transcripción de genes como c-Myc, c-Jun, CCND1, metaloproteasas, ciclina D1, vimentina, etc. (todos relacionados con la proliferación celular, la invasión y EMT)

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1.

Esta ruta es fundamental, junto con la ruta TGF-βR en embriogénesis, durante la gastrulación y la migración de células desde la cresta neural hacia otros sitios del embrión. Ambas rutas regulan mecanismos de EMT. En adultos, las mutaciones esporádicas o heredadas de los componentes de la ruta se relacionan a diversos tipos de cáncer. Algunos ejemplos: APC Pérdida de función en Poliposis adenomatosa familiar (FAP); se hereda un alelo mutado y durante la vida se muta el otro - Cáncer colorrectal esporádico. AXINA1 Pérdida de función en Carcinoma hepatocelular, meduloblastomas esporádicos, cáncer colorrectal esporádico, carcinomas de células escamosas esofágicas. Β catenina : Mutación en Cáncer colorrectal esporádico, carcinoma hepatocelular, melanoma, cáncer endometrial, cáncer de ovario, cáncer gástrico y cáncer de próstata. TCF1 Expresión aumentada en Leucemia linfocítica crónica. WNT16 Expresión aumentada en Leucemia linfocítica crónica.

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Otras formas de cánceres relacionados con la ruta Wnt/β Catenina se deben a mecanismos epigenéticos, por silenciamiento de genes por metilación de sus promotores. Un ejemplo: la metilación del promotor del gen CDH1 por medio de las Metil-ADN transferasas (Met), que codifica para E-Caderina, produce desaparición de esta molécula de adhesión,que por estar unida a β Catenina, la libera, facilitando su traslocación nuclear. Otro mecanismo epigenético es la desacetilación de histonas por medio de HATs (Enzimas histonas-acetil transferasas), que producen la pérdida de la estructura “abierta” del ADN, lo que no permite que se unan los factores de transcripción para la síntesis del ARN mensajero. Algunos cánceres de mama, colorrectal y gástrico se asocian a este mecanismo.

En el esquema, los factores de represión de CDH1 (Sanil, Slug, etc). atraen

además a HATs que desacetilan a histonas y a Met que metila ADN e histonas,

silenciando al gen que codifica para E.Cad.

Otros mecanismos de proteolisis en la ruta Wnt/beta catenina

Las Metaloproteasas liberadas a la matriz extracelular pueden cortar al dominio

extracelular de E-Cad, con las siguientes consecuencias:

a) Los dominios extracelulares pueden activar a receptores TyrK (EGFR, HER)

y desatar sus vías de señalización

b) Al desaparecer la E-Cad de la membrana, se libera la beta catenina y

trasloca al núcleo, pues se desacopla todo el sistema de fosforilación de dicha

proteína.(ver siguiente esquema)

En resumen, la desaparición de E-Cad de las membranas de los epitelios

son uno de los pasos principales en el mecanismo de malignización.

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Contribución de MMP a la malignización por degradación de E-Cad.