Mecanismos

                                       ONCOGENES

                                  

Los oncogenes no son nada más y nada menos que la forma mutada de los protooncogenes. La principal característica de los mismos es que promueven el crecimiento celular en ausencia de señales de crecimiento.

En condiciones normales la proliferación celular se de de la siguiente manera:

•      Un factor de crecimiento se une a su receptor específico
•          Esta unión activa varias proteínas transductoras de la señal en la capa interna de la  membrana plasmática
•         La señal es transducida desde el citosol hasta el núcleo mediante segundos mensajeros o por una cascada de moléculas llamadas moléculas de transducción de la señal.
•         Estas activan factores reguladores nucleares que inician la transcripción del ADN.
•       La célula entra en el CICLO CELULAR dando lugar finalmente a la división celular. 

Las proteínas codificadas por los protooncogenes pueden funcionar como:

1.    Factores de crecimiento o sus receptores

2.      Moléculas transductoras de Señal

3.      Factores de Transcripción

4.      Componentes del Ciclo Celular

Cuando los protooncogenes sufren mutaciones y se convierten en oncogenes celulares activos, sus productos conocidos como ONCOPROTEINAS dotaran a la célula de autosuficiencia para el crecimiento, es decir, que las células proliferarán sin depender de señales externas. 

CLASIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS DE LOS ONCOGENES

Las oncoproteínas prácticamente desempeñarán la misma función de los productos de los protooncogenes.

Estos se pueden clasificar de dos maneras:

1.    Según la función de la Proteína Codificada

A.     Factores de Crecimiento o sus receptores: Como por ejemplo del gen ERB, que codifica el receptor del Factor de Crecimiento Epidérmico (EGF), que al estar alterado actúa como si estuviera permanentemente unido a EGF, estimulando la proliferación celular.

B.     Proteínas transductoras de la Señal: El más conocido es el gen RAS, Este gen codifica una proteína G monomérica que, en el protooncogen, al estar desactivada, hidroliza el GTP a GDP, desactivando la proliferación celular. El oncogén, en cambio, la mantiene en su forma activada. Así, no puede hidrolizar el GTP y la proliferación celular continúa.

C.      Factores de Transcripción: Por ejemplo el gen Myc causa el paso de G0 a G1 en una proliferación celular que no debería ocurrir.

D.      Reguladores del Ciclo Celular: Las ciclinas son el mejor ejemplo estas en condiciones normales junto con las cinasas dependientes de ciclinas (CDK) regulan el ciclo celular, al sufrir una mutación éstas promueven la proliferación celular.

 Según su Localización

A.     Extracelulares: Siendo las oncoproteínas que actúan como Factores de Crecimiento, por  ejemplo los genes SIS, HST1, INT2 TGFA.

B.      Membrana Celular: Siendo las oncoproteínas que actúan como Receptores de factores    de Crecimiento por ejemplo los genes RET, FLT3, KIT, ERB.

C.    Citoplasma: Siendo las oncoproteínas que actúan como proteínas transductoras de la      Señal, por ejemplo el gen RAS.

D.  Núcleo: Siendo las oncoproteínas que actúan como Factores de Trascripción y como reguladores del Ciclo Celular, entre ellos el gen MYC y las ciclinas.lar.

MECANISMOS DE ACTIVACIÓN DE LOS ONCOGENES:

      A.     Por Mutaciones:

Una MUTACIÓN es “un cambio en la información genética causado por un daño al ADN”. Cuando un protooncogen sufre una mutación, ese cambio en su ADN altera la función que este realizaría en condiciones normales. El mejor ejemplo es la Proteína RAS (codificada por el gen RAS) de la cual ya se mencionó anteriormente su función.

      B.      Por Inserciones, Traslocaciones y Amplificaciones.

Una INSERCIÓN  es introducir dentro de una secuencia de ADN nucleótidos adicionales.

Una TRASLOCACIÓN es el desplazamiento de un segmento de ADN a un lugar donde no debería de estar.

Una AMPLIFICACIÓN es el aumento de copias de un segmento de ADN.

Un ejemplo de Inserción es cuando se introduce un genoma VIRAL a nuestro ADN lo que atribuye una pérdida de su control normal y por tanto su producción incrementada.

Un ejemplo de Traslocación es el gen ABL cuando este es traslocado de su localización normal en el cromosoma 9 hasta el cromosoma 22 se fusiona con el gen BCL codificando una tirosina cinasa BCR-ABL activa, la cual actúa como una proteína transductora de Señal estimulando la proliferación celular. 

Protooncogenes

Los genes que promueven el crecimiento celular autónomo se llaman oncogenes, y sus homólogos celulares no mutados se denominan protooncogenes. Los oncogenes se crean mediante mutaciones en los protooncogenes y se caracterizan por la capacidad para promover el crecimiento celular en ausencia de señales promotoras. Sus productos las oncoproteínas, se asemejan a los productos normales de los protooncogenes, excepto porque estas están desprovistas de elementos reguladores. De esta forma el crecimiento se hace autónomo.

Protooncogenes (PTG), oncogenes (OG) y oncoproteínas (OP)

Los PTG tienen múltiples papeles, participando en funciones celulares relacionadas con el crecimiento y la proliferación. Las proteínas que codifican pueden funcionar como factores de crecimiento o sus receptores, transductores de señal, factores de transcripción o componentes del ciclo celular. Las mutaciones de PTG en OG celulares activos, que están implicados en el desarrollo tumoral, porque las OP que codifican dotan a la célula de autosuficiencia en el crecimiento.

Factores de crecimiento: Necesarios para la proliferación de células normales. En su mayoría son solubles y tienen acción paracrina. Muchas células cancerosas, adquieren la capacidad de sintetizar los factores a los que responden, generando una acción autocrina. Esta actividad autocrina no siempre es una mutación del gen del factor. Usualmente, los productos de otros oncogenes que se sitúan a lo largo de muchas vías de transducción, como RAS, causan una sobreexpresión del gen, forzando así a las células a secretar grandes cantidades de factores de crecimiento como TGF-a. Sin embargo, la producción excesiva de factores no es suficiente para la formación neoplásica.

Receptores de factor de crecimiento: Se han encontrado varios oncogenes para estos. En las formas normales de estos receptores, la cinasa se activa transitoriamente por la unión de los factores de crecimiento específicos, seguido rápidamente por la dimerización del receptor y la fosforilación con tirosina de varios sustratos que forman parte de la cascada de señales. Las versiones oncógenas de estos receptores se asocian con la dimerización y la activación constitutivas sin unión al factor de crecimiento. Por ende, los receptores mutantes liberan señales mitógenas continuas a la célula, incluso en ausencia de factor de crecimiento en el entorno.

Los receptores de factores crecimiento pueden activarse constitutivamente en los tumores mediante múltiples mecanismos diferentes, incluyendo mutaciones, redistribuciones génicas y sobreexpresión. Un ejemplo RET, que se expresa normalmente en las células neuroendocrinas, como las C parafoliculares del tiroides, la médula suprarrenal y los precursores de las células paratiroideas.  Las mutaciones puntuales en el protooncogén RET se asocian con las NEM tipos 2A y 2B de herencia autosómica dominante y con el carcinoma medular de tiroides familiar. En la 2A la mutaciones en el dominio extracelular puede llevar a carcinomas medulares de tiroides y a tumores suprarrenales y paratiroideos. En la 2B, en el dominio citoplasmático alteran el sustrato específico de la tirocinasa y conducen a tumores tiroideos y suprarrenales sin alteración paratiroidea. Esto es heredado por línea germinal. Se han encontrado conversiones oncógenas por mutaciones y redistribuciones en otros genes del receptor de factores de crecimiento. Esto se puede ver en algunas leucemias (FLT3, PDGF),  y en algunos tumores del estroma gastrointestinal con una mutación en c-KIT o PDGFR de tirosina cinasa. Estas mutaciones son susceptibles de inhibición específica por el inhibidor de tirosina cinasa mesilato de imatinib. Este tipo de tratamiento, dirigido a una alteración específica en la célula cancerosa, se llama tratamiento diana.

Mucho más frecuente que las mutaciones de estos PTG es la sobreexpresión de formas normales de los receptores de factor de crecimiento. Los mejor descritos son dos miembros de la familia del receptor de factor de crecimiento EGF, estos son ERBB1 y ERBB2.

Proteínas transductoras de la señal: Se han encontrado varias oncoproteínas que imitan la función de las normales. En su mayoría, estas se localizan estratégicamente en la capa interna de la membrana plasmática, donde reciben señales del exterior de la célula  y las transmiten al núcleo de la célula. Estas son bioquímicamente hetergéneas. El mejor ej de una oncoproteína transductora de señal es la familia RAS de proteínas que unen a la guanosina trifosfato.

El oncogén RAS: Los genes RAS de los cuales hay 3 (HRAS, KRAS, NRAS), se descubrieron en retrovirus transformantes. La mutación puntual de los genes de la familia RAS es la anomalía aislada más frecuente de los PTG en tumores humanos. La frecuencia de estas mutaciones varía en los diferentes tumores, pero en algunos tipos de cánceres es muy alta. En general, los carcinomas (páncreas y colón) tienen mutaciones KRAS, los tumores de vejiga tienen mutaciones HRAS y los tumores hematopoyéticos portan  mutaciones NRAS. Infrecuente en el cuello uterino y mama.

Ras tiene un importante papel en las cascadas de señales a favor de corriente de los receptores de factores de crecimiento dando lugar a mitosis. RAS es un miembro de una familia de proteínas G pequeñas que se unen a los nucleótidos de guanina, de forma similar a las proteínas G más grandes. Normalmente las RAS oscilan entre un estado excitado de transmisión de señal y un estado quiescente. El RAS activado estimula los reguladores de la proliferación a favor de corriente, como la cascada de la proteína cinasa activada por mitógenos, que inunda el núcleo de señales para la proliferación celular. El ciclo ordenado de la proteína RAS depende de 2 reacciones: 

• Intercambio de nucleótidos GDP por GTP
•  Hidrólisis de GTP, que convierte RAS activo, unido a GTP, en la forma inactiva unida a GDP. 

Ambos regulados por otras proteínas. La eliminación de GDP está catalizada por una familia liberadora de guaninas. La actividad GTPasa intrínseca de las RAS normales es acelerada por las proteínas activadoras de GTPasa (GAP). Esta última puede aumentar la actividad hasta 1000 veces, conduciendo a una terminación de la transducción de la señal. Las GAP actúan de frenos que evitan actividad incontrolable de RAS.

    Se han identificado varias mutaciones puntuales de RAS diferentes en las células cancerosas. Los residuos afectados se sitúan en el bolsillo de unión de GTP o bien en la región enzimática esencial para la hidrólisis de GTP, y por ello reducen la actividad de GTPasa. El RAS mutado queda atrapado en su forma activado unido a GTP y la célula se ve forzada a un estado continuo de proliferación.

     Además de RAS, los miembros a favor de corriente de la cascada de señales de RAS también pueden estar alterados en las células cancerosas, dando lugar a un fenotipo similar. La desregulación de la vía de la cinasa RAS/RAF/MAP puede ser uno de los fenómenos de iniciadores en el desarrollo de los melanomas, aunque por sí misma no es suficiente para causar oncogenia. Como RAS está mutado tan frecuentemente en cánceres humanos, se ha invertido mucho esfuerzo en desarrollo de modalidades anti-RAS de tratamiento diana. Sin embargo no han sido muy exitosas.

     

      Alteraciones de las tirosina cinasas sin receptor

     Las mutaciones que desencadenan la actividad oncógena latente se producen en varias tirosina cinasas no asociadas a receptor, que normalmente intervienen en las vías de transducción de la señal que regulan el crecimiento celular. Igual que con las ligadas  a receptor, las mutaciones se deben a transolocaciones o reordenamientos cromosómicos que dan lugar a genes de fusión que codifican tirosina cinasa activas de forma constitutiva. Un ejemplo de esto es la cinasa c-ABL. Este gen (ABL) puede sufrir una translocación desde su localización normal en el cromosoma 0 hasta el cromosoma 22, donde se fusiona con el gen BCR. El resultado produce una tirosina cinasa oncógena muy activa. En este caso el aumento de la actividad se debe a la fracción BCR que promueve la autoasociación BCR-ABL. Este trastorno común en las LMC se trata con imatinib. A pesar de la acumulación de numerosas mutaciones, la señal a través del gen BCR-ABL se requiere para que el tumor persista, de ahí que la inhibición de su actividad sea un tratamiento eficaz. La señal BCR-ABL puede considerarse como el mástil central alrededor del cual se construye la estructura. Cuando se elimina el mástil por inhibición, la estructura se colapsa.

   

      En otros casos, las tirosinas cinasas no asociadas a receptor se activan mediante mutaciones puntuales que anulan la función de dominios reguladores negativos que normalmente mantienen la actividad enzimática bajo control. Un ejemplo es la mutación puntual de la tirosina cinasa JAK2. La cinasa aberrante JAK2 a su vez activa factores de transcripción de la familia STAT, que promueven la proliferación independiente de factor de crecimiento y la supervivencia de las células tumorales.

     

     Factores de transcripción: Todas las vías de transducción convergen en el núcleo, donde se activa un gran banco de genes respondedores que organizan el desarrollo de la célula en el ciclo mitótico. Los factores de transcripción contienen secuencias de aa o unidades repetitivas específicas que les permiten unirse al ADN o dimerizarse para unirse al ADN. La unión de estos activa la transcripción de los genes. Una gran cantidad de oncoproteínas, incluyendo productos de los oncogenes MYC, MYB, JUN FOS y REL, son factores de transcripción que regulan a expresión de genes promotres del crecimiento, como las ciclinas. El MYC es el que se encuentra mutado de forma más frecuente.

      

     El oncogén MYC: El PTG MYC se expresa en todas las células eucariotas y pertenece a los genes de respuesta precoz inmediata, que son inducidos cuando las células quiescentes reciben una señal para dividirse. Después de incremento pasajero del ARNm MYC, la expresión disminuye hasta un nivel basal. Se piensa que MYC está implicado en la carcinogenia mediante genes activadores que están implicados en la proliferación. La actividad modulada por este gen es un amplia, incluye acetilación de histonas, reducción de la adhesión celular, aumento de la motilidad celular, aumento de la actividad de la telomerasa, aumento de la síntesis de proteínas, disminución de la actividad de proteinasa y otros cambios del metabolismo celular que permiten una elevada velocidad de división.

     

    Recientemente se ha sugerido que MYC interacciona con componentes de la maquinaria de replicación del ADN y tiene un papel en la selección de los orígenes de la replicación. Por ende, su sobreexpresión puede dirigir la activación de más orígenes de los necesarios para la división celular normal, o puentear puntos de control implicados en la replicación conduciendo a una acumulación de mutaciones. En cultivo, las células sufren apoptosis si la activación de MYC se produce en ausencia de señales de FC. MYC está amplificado en algunos casos de cáncer de mama, colon, pulmón y muchos otros carcinomas. Los genes relacionados N-MYC y L-MYC están amplificados en los neuroblastomas.

      

     Ciclinas y cinasas dependientes de ciclina: El resultado final de todos los estímulos promotores del crecimiento es la entrada de células quiescentes en el ciclo celular. Los cánceres pueden crecer de forma autónoma si los genes que conducen el ciclo celular dejan de estar regulados por mutaciones o amplificación. El ciclo celular está regulado por cinasas dependientes de ciclina (CDK), que se activan mediante la unión a las ciclinas. Los complejos CDK-cilcina fosforilan proteínas diana cruciales que conducen la células a través del ciclo celular. Al finalizar esta tarea, la concentraciones de ciclina disminuyen. Se han identificado más de 15 ciclinas; las ciclinas D,E,A y B aparecen secuencialmente durante el ciclo celular y se unen a una o más CDK. Los contratiempos que afectan la expresión de ciclina D o de CDK4 parecen constituir un fenómeno frecuente en la transformación neoplásica. Los genes de ciclina D se sobreexpresan en muchos cánceres, incluyendo mama, esófago, hígado y un subgrupo de linfomas. La del CDK4 aparece en melanomas, sarcomas, glioblastomas.

     Las ciclinas activan a los CDK, también hay inhibidores, los CDKI que ejercen un control negativo en el ciclo celular. La familia CIP/WAF de los CDKI, compuesta por 3 proteínas:

·       

•       P21 (CDKN1A)
•      P27 (CDKN1B)
•             P57 (CDKN1C)

     Esta familia inhibe a las CDK, mientras que la familia de INK4 de los CDKI, formada por:

•       P15 (CDKN2B)
•          P16 (CDKN2A)
•       P18 (CDKN2C)
•       P19 (CDKN2D)

     Estos tienen efectos selectivos sobre la ciclina D/CDK4 y la ciclina D/CDK6. La expresión de estos inhibidores está regulada negativamente por vías de señales mitógenas, promoviendo así la progresión del ciclo celular. Los CDKI están mutados frecuentemente o, silenciados en muchos tumores malignos humanos. Las mutaciones de p16 en la línea germinal se asocian con un 25%de los gemelos predispuestos al melanoma. La deleción o inactivación adquirida de p16 se observa en 75% de los carcinomas pancreáticos, el 40-70% de los glioblastomas el 50% de los cánceres esofágicos, 20-70% de las leucemias linfoblásticas agudas, y el 20% de los carcinomas pulmonares de células no pequeñas, los sarcomas de partes blandas y las cánceres de vejigas.

     

     Existen 2 puntos de control principales en el ciclo celular, uno en la transición G1/S y el otro en G2/M. La fase S es el punto de no retorno del ciclo celular. Antes de que una célula realice la obligación final de replicarse, el punto de control G1/S comprueba si existe daño del ADN; si hay daño, se repara por medio de la maquinaria de reparación y los mecanismos que detienen el ciclo. Este retraso proporciona el tiempo necesario para que se de la reparación; si el daño es irreparable se activan las vías apoptósicas. Por tanto el punto G1/S impide la replicación de las células que tienen defectos en el ADN. El ADN dañado después de su replicación aún puede repararse mientras las cromátidas no se hayan separado. El punto de control G2/M monitoria la finalización de la replicación del ADN y comprueba si la célula puede iniciar la mitosis de forma segura y separar las cromátidas hermanas. Punto muy importante en las células expuestas a radiación ionizante. Los defectos de este punto de control dan lugar a anomalías cromosómicas. Para el funcionamiento adecuado de los puntos de control se requiere de sensores y transductores del daño del ADN. Estos parecen ser similares a los puntos de control G1/S y G2/M. Incluyen como sensores, proteínas de la familia RAD y la proteína mutada de la ataxia telangectasia (ATM) y como transductores las familias de cinasa CHK. En el punto de control G1/S, la detención del ciclo está mediada en su mayor parte por p53, que induce el inhibidor del ciclo p21. La detención del ciclo en el punto G2/M implica mecanismos tanto dependientes e p53 como independientes del mismo. Los defectos de los componentes del punto de control del ciclo celular son una causa fundamental de inestabilidad genética en las células cancerosas. 

      Supresores tumorales

      El fracaso de la inhibición de crecimiento es fundamental para la carcinogenia. Los genes

     supresores aplican los frenos a la proliferación celular, ya que la mutación de un oncogén en una célula normal produce la detención permanente del ciclo celular en lugar de una proliferación incontrolada. Los genes supresores tumorales, como el RB y p53, responden la tensión genotoxica de cualquier origen y detienen el ciclo celular. Por último, las vías inhibitorias pueden inducir la apoptisis en la célula.

      Los principales genes supresores tumorales implicados en las neoplasias humanas son:

Localización	Gen	Función	Tumores asociados
Superficie   celular	Receptor TGF-b         E- cadherina	Inhibición de crecimiento        Adhesión celular	Carcinoma de colon          Carcinomas de estómago
Cara interna de la membrana	NF1	Inhibición de transmisión de RAS y del inhibidor del ciclo celular p21	Neuroblastoma
Citoesqueleto	NF2	Estabilidad	Schwanomas y meningiomas
Citosol	APC/b-catenina        PTEN        SMAD2, SMAD4	Inhibición de transducción de señal       Transducción de señal PI3 cinasa        Transducción de señal TGF-b	Carcinoma de estomago, colon, páncreas, melanoma      Cáncer endometrial y de próstata      Tumores de colon, páncreas
Núcleo	RB1            p53           WT1           p16/INK4a          BRCA1, BRCA2	Regulación del ciclo celular        Detención del ciclo celular y apoptosis ante daño celular        Transcripción nuclear       Inhibición de cinasas dependientes de ciclina         Reparación de ADN	Retinoblastoma, osteosarcoma, carcinoma de mama, colon, pulmón       La mayoría de cánceres humanos      Tumor de Wilms      Cáncer pancreático, mama y esofágico       Desconocidos

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

1   Kumar Vinay y Col.: Patología Estructural y Funcional. 8ª. Edición (Robbins y Cotran). Elsevier Madrid España 2010.

2    Hernández Menéndez, Maite y Ríos Hernández, María de los Ángeles, Oncogenes y Cán       cer  [en línea] Cuba, 2009 [Accesado el 07 de abril de 2015]. Disponible en: http://bvs.sld.cu/revistas/onc/vol15_2_99/onc09299.pdf