Mecanismos implicados en invasión y metástasis EMT (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Ciencias Biomédicas - 3º curso
Asignatura Cáncer
Año del apunte 2016
Páginas 22
Fecha de subida 03/05/2016
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3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV CÁNCER TEMAS 40, 41 y 42 Mecanismos moleculares implicados en invasión y metástasis. La transición epitelio-mesénquima La metástasis es una de las características propias del fenotipo de la célula tumoral que se incluyen dentro de los Hallmarks del cáncer. De hecho, se trata de una de las características más importantes ya que es la principal característica que diferencia una célula tumoral benigna de una célula tumoral maligna. Es decir, es la gran barrera que determina que los cánceres acaben siendo agresivos.
A medida que la célula va acumulando mutaciones, va adquiriendo las diferentes características del fenotipo tumoral, como la autosuficiencia de factores de crecimiento, el potencial replicativo ilimitado, la capacidad de promover angiogénesis, … y finalmente mutaciones que potencian el fenotipo invasor y la capacidad de hacer metástasis.
Como ya sabemos, las células van adquiriendo mutaciones a lo largo de todas las fases del proceso tumoral. Las primeras (mutaciones iniciadoras) son las que darán ventaja de crecimiento a la célula. Las últimas mutaciones son las que permitirán a las células adquirir el fenotipo migratorio: promoverán la formación de nuevos vasos sanguíneos, tendrán capacidad de degradar la matriz extracelular, adquirirán mutaciones que les permitan extravasarse y sobrevivir desenganchadas del sustrato en circulación y mutaciones que favorezcan la extravasación y la supervivencia en otro tejido diferente (en condiciones adversas). Es decir, la célula sufre mutaciones que permiten que pueda salir de su tejido original y establecerse en otro tejido diferente.
1 CÁNCER Curso 2015/2016 En cuanto a la invasión y a la formación de metástasis, lo primero que debe hacer la célula es adquirir la capacidad de migrar. Las células normales se encuentran unidas a las células vecinas (uniones adherentes célula-célula) y se encuentran unidas a la matriz extracelular. Para poder migrar, las células tumorales deben perder estas uniones.
Además, las células normales tienen cierta polaridad dentro del tejido. La citoarquitectura también debe perderse para que la célula tumoral pueda migrar, es decir, para la adquisición del fenotipo migratorio debe remodelarse el citoesqueleto. La matriz extracelular constituye una barrera física que impide a la célula moverse a través de los tejidos, por lo que las células tumorales deben poder degradarla.
Una vez las células pueden desengancharse de las células vecinas y de la matriz, las células pueden moverse y migrar.
Las células deben moverse en una dirección que les permita sobrevivir. La metástasis debe formarse en un lugar en la que la célula pueda sobrevivir y volver a proliferar, por tanto, debe ser un tejido que le proporcione los factores de crecimiento adecuados.
Por esto, es muy importante que se produzca quimiotaxis, que liberen ciertas moléculas y que se produzca comunicación entre las células tumorales y el tejido huésped que permita que las células se puedan establecer.
Invasión tumoral La invasión tumoral es la capacidad de las células tumorales de proteolizar la matriz extracelular y penetrar en el estroma subyacente. Esta capacidad es distintiva de la malignidad de las células tumorales.
El proceso de la invasión tumoral sigue una serie de fases que ya hemos ido comentando.
1. Pérdida de uniones adherentes con las células vecinas, que permite que las células tumorales queden libres para poder moverse.
2. Degradación de la matriz extracelular subyacente que permite a las células tumorales atravesarla.
3. La célula tumoral debe engancharse a nuevos lugares de una matriz a la que la célula tumoral no está acostumbrada ya que, la matriz intacta no es igual a la matriz degradada. Por tanto, la célula tumoral debe encontrar nuevos lugares de adhesión.
4. Para poder migrar, la célula tumoral debe reorganizar su citoesqueleto para adquirir la capacidad de locomoción.
Debe entenderse que todos estos pasos son un conjunto y que todos son necesarios para que la célula cambie el fenotipo a fenotipo migratorio que comienza a adquirirse en cuanto la célula se separa de sus vecinas.
2 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Podemos encontrar diferentes tipos de invasión Invasión mesenquimal Las células pierden sus propiedades de adhesión celular, degradan la matriz extracelular, adquieren el fenotipo migratorio y atraviesan la membrana basal para llegar a los vasos sanguíneos. Durante todo este proceso, la célula epitelial que, por definición es estática, se transforma básicamente en una célula mesenquimal (la célula pierde su identidad como célula epitelial y obtiene otra identidad). Por esto, este tipo de invasión es la que se conoce como EMT o transición epitelio-mesénquima.
Invasión colectiva Tenemos un grupo de células fuertemente unidas entre sí, que mantienen sus uniones célula-célula, que forman un frente de invasión. Es decir, realizan el proceso de invasión en bloque. Se puede ver como un colectivo de células, que puede llegar a ser bastante grande, pasa del tejido a los vasos y después, sin disgregarse, el grupo entero se extravasa a otro tejido. Este proceso pueden observarse con el microscopio pero no se conoce mucho.
Invasión ameboide Este tipo de invasión es características de los leucocitos cuando migran a través de los vasos sanguíneos o de los monocitos antes de transformarse en macrófagos. Las células pasan a través de pequeños agujeros que hacen en la matriz, similares a los que hacen los leucocitos.
3 CÁNCER Curso 2015/2016 Modelo mesenquimal o EMT La invasión mesenquimal es la más conocida ya que es el modelo más estudiado (de los otros tipos de invasión no se sabe mucho).
Como ya se ha comentado, que presentan un fenotipo epitelial, adquieren la capacidad invasora y con ello un fenotipo mesenquimal. Las células se vuelven capaces de viajar por la circulación, adquieren una morfología que les permite desplazarse a otro lugar para después atravesar el endotelio del vaso sanguíneo y extravasarse en un nuevo tejido. Es decir, se transforman en una célula que puede migrar ya que, por definición, las células epiteliales no tienen esta capacidad. Una vez se implantan en el nuevo tejido, realizan el proceso inverso, es decir, la transición de fenotipo mesenquimal a epitelial.
Cuando se analiza un tejido en el que hay metástasis, vemos que las células tienen morfología y marcadores propios de la célula epitelial.
El proceso de la transición epitelio-mesénquima sigue básicamente los mismos pasos que ya hemos explicado.
1. Las células pierden las uniones adherentes célula-célula y los contactos célula-matriz y adquieren un fenotipo de célula mesenquimal. Los marcadores de superficie que expresan estas células son los típicos de las células mesenquimales (fibroblastos).
2. Las células degradan la matriz extracelular.
3. Las células tumorales manifiestan un fenotipo migrador y móvil La transición epitelio-mesénquima es en realidad un proceso fisiológico que las células están preparadas para realizar. Tiene lugar durante el desarrollo, en el cual las células de la cresta neural, cuando se invaginan y migran, se transforman para dar lugar a los ganglios. Esta transformación es un proceso de transición epitelio-mesénquima.
4 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Este proceso también se produce de manera “fisiológica” durante la vida adulta en la curación de heridas. Las células epiteliales son las encargadas de la reparación de las heridas, para lo que deben adquirir un fenotipo migratorio pasajero. Por tanto, las células epiteliales están programadas y tienen mecanismos para realizar la transición epitelio-mesénquima.
A continuación, vamos a ir profundizando más en cada uno de los pasos que las células deben seguir para completar la transición epitelio-mesénquima.
1. Pérdida de contactos célula-célula y célula matriz y adquisición del fenotipo mesenquimal Las células epiteliales son células estáticas y polarizadas, con el núcleo en la base, y pueden presentar diferentes tipos de uniones entre ellas.
Las uniones célula-célula más importantes son las uniones adherentes, que son uniones homofílicas mediadas por Ecadherina. Esta proteína permite una comunicación del citoesqueleto de una célula con el citoesqueleto de la célula vecina.
Por otro lado, la célula se encuentra unida a la matriz extracelular gracias a adhesiones o contactos focales, mediados por las integrinas, que son actúan como receptores de membrana para la matriz. Las integrinas interaccionan, a través de un complejo proteico intracelular, con el citoesqueleto de actina, permitiendo mantener la arquitectura y la polaridad de la célula.
Todas estas uniones deben desaparecer de manera transitoria en las células tumorales para que estas puedan moverse.
La pérdida de función o de expresión de la E-cadherina es un fenómeno extremadamente frecuente en carcinomas con fenotipo invasor. De hecho, la expresión de E-cadherina tiene un papel preponderante ya que su pérdida se asocia con la adquisición de un fenotipo invasivo y con el grado de desdiferenciación.
Si cogemos una línea celular sin E-cadherina y conseguimos re-expresarla, podemos inhibir el proceso de invasión ya que no puede migrar tan fácilmente.
Las uniones adherentes y la E-cadherina constituyen una propiedad estructural de las células que actúa como supresor tumoral ya que esta proteína es un supresor de la invasión.
En el carcinoma de mama podemos encontrar diferentes grados de expresión de E-cadherina, siendo el grado 3, en el que se ha perdido por completo la expresión, el más agresivo. En el grado 3 las células se separan unas de otras para poder migrar y completar la transición EMT.
5 CÁNCER Curso 2015/2016 En la siguiente imagen vemos un estudio de un carcinoma de endometrio. Podemos ver a la izquierda la parte superficial del tumor, en la que hay una expresión correcta de E-cadherina. En la imagen de la derecha vemos la parte del frente invasivo, es decir, las células que están preparadas para la invasión. Los niveles de E-cadherina disminuyen significativamente respecto a las células del carcinoma inicial.
Las células pasan por un proceso de alteración o mutación en el que pierden la E-cadherina. Hay diferentes mecanismos moleculares por los que esto puede ocurrir: - La célula adquiere mutaciones en el gen de la E-cadherina que hacen que pierda su función.
- Cambios epigenéticos, como la hipermetilación del promotor, que provocan una expresión reducida de la E-cadherina - Represión transcripcional mediante represores de la transcripción.
En la siguiente tabla podemos ver las frecuencias de cada tipo de alteración. Hay en determinados tipos de tumores en los que es bastante frecuente encontrar mutaciones, mientras que en otros es más frecuente la hipermetilación del promotor. Por lo general, la hipermetilación es bastante más frecuente.
6 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Como las células tumorales necesitarán en un momento dado recuperar la expresión de E-cadherina, los cambios epigenéticos suelen ser el mecanismo de elección de pérdida de E-cadherina.
Como ya se ha explicado, el tercer mecanismo por el cual se puede perder la expresión es la represión transcripcional. Si comparamos la secuencia del promotor de la E-cadherina con otras especies vemos que hay secuencias muy conservadas. Estas secuencias son secuencias de unión para una determinada familia de factores de transcripción: la familia Snail. Estos factores se unen al promotor del gen de la Ecadherina y reprimen y silencian la expresión de la E-cadherina. Por tanto, la célula tumoral solo necesita que se active un solo miembro de la familia Snail para que se silencie la expresión de la Ecadherina.
Podemos encontrar bastantes miembros de la familia Snail: Snail, Slug, E-47, … todos ellos represores transcripcionales que hacen perder la expresión de la E-cadherina.
A medida que las células pierden las uniones, pierden su identidad epitelial y adquieren un fenotipo mesenquimal.
Una célula polarizada, que se encuentra dentro de un tejido organizado y con una arquitectura determinada, con una falta total de movilidad e incapaces de migrar se transforma en una célula totalmente diferente. Esta “nueva” célula carece de uniones celulares, tiene una polaridad diferente (más antero-posterior que apico-basal), el tejido no presenta estructura tisular en forma de monocapa y además se trata de células con capacidad migratoria. La composición de la matriz celular también es distinta.
7 CÁNCER Curso 2015/2016 La transformación es un proceso muy complejo, que debe ir acompañado de mecanismos moleculares y cambios de expresión génica dentro de la célula. Las células epiteliales presentan una serie de marcadores, como la E-cadherina u otras moléculas de adhesión (claudinas,…), marcadores determinantes de la polaridad y otros que son necesarios para que la célula mantenga su fenotipo epitelial.
Las células tumorales que sufren la transición EMT ya no necesitan expresar estos marcadores y expresan otros típicos de las células mesenquimales, como unas moléculas de adhesión totalmente diferentes.
Los mismos factores que controlan la expresión de la E-cadherina, es decir, la familia Snail de factores de transcripción, son los que dirigen el cambio de marcadores en las células tumorales. A nivel fenotípico, estos factores determinan que la célula adquiera propiedades de célula mesenquimal.
Funciones de los factores Snail - Disminuyen la expresión de marcadores de las células epiteliales, como la E-cadherina, la laminina, … - Activan los marcadores propios de las células mesenquimales, como la N-cadherina,… que definen a la célula como mesenquimal.
- Regulan cambios en la expresión de proteínas que modulan la migración celular, como las Rho GTPasas, encargadas de la remodelación del citoesqueleto o de las metaloproteasas que destruyen la matriz extracelular. De esta manera, permiten a la célula tumoral adquirir la capacidad de migrar.
- Impiden que la célula tumoral muera por anoikis al desengancharse del estroma y de las células vecinas. Es decir, las células tumorales deben reprimir la apoptosis a medida que avanza el proceso.
- Disminuyen la producción de ciclinas y producen más inhibidores del ciclo celular. De esta manera, disminuyen la proliferación de las células para que estas centren su energía en moverse y solo se dediquen a migrar.
Gran cantidad de estímulos activan a los factores de la familia Snail, por lo que mutaciones en muchas vías de señalización pueden desencadenar en una función incorrecta de estos factores. Alteraciones en supresores tumorales y oncogenes pueden hacer que los diferentes miembros de la familia Snail se activen.
Por ejemplo, mutaciones en TGF-β, en la vía Wnt, en Hedgehog, en Notch, en Map kinasas, … 8 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV En la siguiente imagen vemos la comparación entre la inmunohistoquímica de una línea celular normal con la inmuno de una línea con sobreexpresión de Snail. Las células normales (Mock) están unidas entre ellas y presentan una morfología similar a la de los fibroblastos. Tras transfectar con Snail, se pierde la Ecadherina, así como otros marcadores y se ganan otros como la fibronectina. Por tanto, Snail reprime transcripcionalmente unos factores y activa a otros.
Se han identificado algunas mutaciones importantes en la inducción de la transición epiteliomesénquima y en la adquisición del fenotipo invasivo, como por ejemplo la mutación B-Raf V-600.
Vemos una línea celular epitelial de cáncer de endometrio transfectada con la mutación en la que se ha hecho una inmunohistoquímica para estudiar la expresión de Vimetina y de otros marcadores. Podemos observar una gran diferencia en los patrones de expresión respecto al control. Las células pierden la citoqueratina, la B-catenina y también la E-cadherina.
La forma oncogénica de B-Raf (V-600) activa a los miembros de la familia Snail que son los encargados de orquestar la transición.
9 CÁNCER Curso 2015/2016 Al analizar las diferencias de expresión de determinados genes vemos que en la línea transfectada con la mutación en B-Raf se activa la expresión de Erk y de vimentina, que apenas se expresan en las células epiteliales. Son mutaciones oncogénicas las que inducen la expresión de estos factores.
Estas células ya son células tumorales, es decir, ya tenían mutaciones antes de ser transfectadas aunque eran células no invasivas. Simplemente estamos añadiendo la mutación que favorece la transición epitelio-mesénquima.
Además, podemos transfectar a las células con alguna otra mutación o gen que afecte a la misma vía que B-Raf, que activa sobre todo la vía Ras-MAP kinasa, como el inhibidor de MAPkinasa UO126. El inhibidor es capaz de revertir la transición epiteliomesénquima.
Con V-600, las células pierden la expresión de la B-catenina y la E-cadherina y comienzan a expresar vimetina, un marcador que no expresan las células epiteliales normales. Además, las células cambian su morfología. Estos cambios se han producido gracias a la activación de la vía Ras-Map kinasa que activa a las Snail. Si se inhibe, con un inhibidor farmacológico, la vía Ras-MAP kinasa, las Snail dejan de estar sobreactivadas y se recupera la expresión de los marcadores de las células epiteliales. Estas células continúan teniendo la mutación V600 pero la vía de señalización por la cual actúa esta mutación está inhibida (la inhibición es downstream a la mutación), por lo que el inhibidor revierte la transición EMT.
Por tanto, se sabe que realmente la transición epitelio-mesénquima es un proceso reversible y también lo es la transición mesénquima-epitelio que se ha logrado gracias al fármaco ya que si cambiamos el medio y quitamos el inhibidor, las células mutadas volverán a ser mesenquimales. Es decir, cambiando el medio podemos cambiar el estado en el que se encuentra la célula.
Por tanto, las células epiteliales adquieren mutaciones que promueven un cambio fenotípico. Como ya se ha comentado, es importante para que adquieren la capacidad de migrar que las células pierdan las uniones con las células vecinas y con la matriz pero, más que una pérdida de las uniones, lo que necesitan realmente es cambiar estas uniones.
Es decir, las células deben desengancharse del sitio al que están unidas para adherirse a un sitio nuevo. A medida que va migrando, la célula encontrará cambios en la composición de la matriz extracelular, por lo que tendrá que engancharse a un sustrato completamente nuevo para ella.
10 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV En primer lugar, la célula debe atravesar la lámina basal, muy diferente en composición y estructura a la matriz intersticial a la que la célula normal está enganchada. Por lo tanto, para poder localizarse en superficies diferentes (y desplazarse por ellas) la célula debe cambiar su patrón de adhesión.
Como ya se ha ido comentando a lo largo del tema, las células epiteliales normales tienen receptores de superficie para la matriz extracelular. Uno de estos receptores son las integrinas, que permiten a la célula interaccionar con la matriz extracelular.
Cuando la célula tumoral migra, debe interaccionar con los componentes de la matriz extracelular que se encuentran intactos y también con los nuevos componentes que va encontrando, como los productos de degradación de la matriz extracelular, ya que las células tumorales secretan proteasas que la degradan.
La necesidad de interaccionar con estos nuevos componentes se ve reflejada en los cambios que se producen en el patrón de expresión de las integrinas. Es decir, debe producirse un switch en la expresión de las integrinas que permita a la célula adaptarse a este nuevo sustrato.
2. Degradación de la matriz extracelular Las células se ven obligadas a degradar la matriz extracelular, que actúa como barrera física que impide que migren. A medida que la célula se desadhiere de la célula vecina, va secretando proteasas que degradan la matriz. Podemos encontrar diferentes tipos de proteasas capaces de degradar la matriz extracelular o sus componentes que se agrupan en familias en función de sus requerimientos de aminoácidos o de la presencia de metales (que actúan como cofactor).
De todas estas, debemos destacar las metaloproteasas y el activador de plasminógeno tisular y el activador de plasminógeno de tipo urokinasa.
11 CÁNCER Curso 2015/2016 Metaloproteasas o metaloproteinasas (MMPs) Las metaloproteasas constituyen una familia de proteasas dentro de la cual podemos encontrar varias subfamilias. La característica común a todas ellas es que requieren Zinc para funcionar, además de que se encargan de degradar diferentes tipos de proteínas de la matriz extracelular.
Las metaloproteasas se generan en forma de pro-metaloproteasas que no son activas. Estas requieren una proteólisis para activarse, en la que se elimina el fragmento N-terminal.
Además, las células tienen TIMs o inhibidores endógenos de las metaloproteasas que contrarrestan el efecto de las metaloproteasas activas.
En el caso de las células tumorales, lo que ocurre es que el balance entre los TIMs y las metaloproteasas se rompe debido a una disminución de la presencia de inhibidor o a un incremento de la función de las metaloproteasas.
Activador del plasminógeno de tipo urikinasa (uPA) Al igual que ocurre en el caso de las metaloproteasas, se produce en forma inactiva y debe proteolizarse para ser activo. Una vez está activo, proteoliza el plasminógeno dando lugar a plasmina, una proteasa que degrada la matriz extracelular que, además, es responsable de la activación de las metaloproteinasas.
En este caso, también encontramos una regulación negativa o mecanismo de seguridad que son los PAIs o inhibidores de los activadores del plasminógeno.
12 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Parece ser que las células tumorales tienen un mecanismo de secreción local de las proteasas justo en el sitio en el que la célula debe invadir la matriz extracelular. Se trata de procesos llamados invadopodios, que constituyen el frente invasivo de la célula. Es en este lugar en el que a la célula le interesa secretar las proteasas que degradan la matriz.
A medida que la célula degrada la matriz extracelular, los invadopodios van invadiendo la matriz y se van desenganchando de una matriz para engancharse a una nueva. Es decir, la célula va creando nuevos puntos de adhesión a una matriz extracelular completamente diferente.
3. Manifestación de un fenotipo móvil y migratorio A la vez que suceden los cambios en las uniones y la degradación de la matriz que ya se han comentado, la célula remodela su citoesqueleto, haciendo que este deje de ser estático y sea capaz de hacer moverse a la célula. La remodelación del citoesqueleto es regulada por la familia de las Rho GTPasas.
El fenotipo móvil implica una serie de cambios en la célula.
En primer lugar, es necesario que se produzca un recambio de las uniones de la célula a la matriz: las integrinas deben desengancharse de un sitio para engancharse a otro de manera continua, por lo que se produce el recambio continuo de las uniones focales. En el aumento del turnover de las uniones focales tiene un papel muy importante FAK-Src.
Además, acompañando al recambio continuo de las uniones, la célula que está migrando realiza una continua remodelación del citoesqueleto. La célula utiliza su citoesqueleto para hacer prolongaciones llamadas invadopodios que contactan con la matriz y forman nuevas adhesiones focales.
A medida que el invadopio crea nuevas uniones con la matriz, se destruyen las uniones antiguas para permitir el avance de la célula.
13 CÁNCER Curso 2015/2016 Las células normales, cuando migran forman lamelopodios y filopodios, que básicamente son lo mismo que los invadopodios pero se producen en situación fisiológica.
Como ya se ha mencionado, las Rho GTPasas regulan esta remodelación del citoesqueleto ya que regulan la organización del citoesqueleto.
Las Rho GTAasas pueden oscilar entre dos estados: activo e inactivo (en función de si está unido a GTP o GDP), y el cambio de una forma a otra se produce gracias a GEF y GAP. Podemos encontrar tres tipos: Rho o Rho A, Rac y CDC42. La transfección de cualquiera de estas GTPasas provoca cambios masivos en la organización del citoesqueleto, por lo que todas son esenciales en la remodelación que permite la adquisición del fenotipo invasivo.
Además, las Rho GTPasas coordinan la adquisición de un nuevo citoesqueleto con las nuevas adhesiones que se producen.
14 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Mediante la interacción con diferentes proteínas efectoras, las proteínas Rho modulan la polimerización y el recambio de la actina para crear las prolongaciones (filopodios, lamelipodios e invadopodios) que permiten a la célula moverse e invadir.
La célula va migrando y estableciendo nuevos contactos con la matriz extracelular. Estas nuevas adhesiones comienzan de forma sencilla y van madurado a medida que la célula avanza. En primer lugar, las integrinas de la membrana interaccionan con la matriz extracelular. Las integrinas interaccionan con proteínas adaptadoras y hacen madurar este contacto focal hasta que acaban asociándose con el citoesqueleto de actina. De esta manera, las adhesiones quedan interaccionando con el citoesqueleto hasta que se hace tracción y la célula puede avanzar.
En el proceso de recambio de adhesiones focales son especialmente importantes las proteínas FAK o Focal Adhesion kinase. FAK hace de puente entre las integrinas, las proteínas adaptadoras y el citoesqueleto de actina y regula esta interacción. Se trata de una kinasa cuya actividad kinasa se ve aumentada tras la interacción de las integrinas con la matriz extracelular. A través de su actividad kinasa, FAK regula muchas vías de señalización implicadas en la remodelación del citoesqueleto, que permiten que la célula vaya cambiando el citoesqueleto y pueda migrar.
Una serie de proteínas adaptadoras, llamadas proteínas de contacto focal, como la talina y la vinculina, se acoplan a las integrinas y permiten que la FAK se localice en las adhesiones focales.
De esta manera, FAK es esencial para la migración celular estimulada por las integrinas. Como se puede ver en el esquema, FAK se une a las proteínas del citoesqueleto y no a las integrinas directamente.
15 CÁNCER Curso 2015/2016 En el siguiente esquema podemos ver la estructura de FAK, con todos sus lugares de unión a otras proteínas y los sitios susceptibles a sufrir fosforilaciones. Conociendo su estructura podremos entender mejor su modo de funcionar.
Las interacciones entre las integrinas y el ligando resultan en una elevada actividad kinasa de FAK, que se autofosforila.
Al fosforilarse, se crean lugares de unión de alta afinidad para otras kinasas, como Src y p130Cas. Una vez Src se ha unido a FAK y se encuentra en el contacto focal, hiperfosforila a FAK para completar su activación. FAK activa se une a p130Cas, que se une a la proteína Crk, que es la que estimula, directa o indirectamente, a la GTPasa Rho. Rho finalmente es la proteína que activa la remodelación del citoesqueleto.
La asociación de todas estas proteínas al contacto focal implica que estamos ante una adhesión fuerte.
En la parte trasera del desplazamiento, todo este complejo proteico y esta interacción se destruye, permitiendo a la célula deshacerse de los contactos focales y avanzar.
16 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Como podemos comprobar en el siguiente gráfico, la actividad de FAK se encuentra activada en muchos tumores invasivos.
Aparte de su función en el establecimiento de contactos focales y en la coordinación de la adhesión, se ha observado que FAK tiene otras funciones que contribuyen con el fenotipo tumoral que no tienen que ver con su papel en los contactos focales. FAK puede activar vías de señalización mediante receptores con actividad tirosina kinasa, receptores acoplados a proteínas G, … Tras esta interacción, FAK puede desempeñar muchas funciones: puede modular la activación de p53, puede modular el ciclo celular a través de la activación de factores de transcripción, … Además, FAK puede activarse a través de varios receptores.
A medida que la célula tumoral va invadiendo, está expuesta a citoquinas y a otros elementos del microambiente tumoral que determinan el destino de la célula.
Intravasación El siguiente paso en la progresión metastásica es la intravasación. Tras conseguir desengancharse del sustrato y de las células vecinas y penetrar en la matriz extracelular, la célula se encuentra con los vasos sanguíneos y se intravasa.
17 CÁNCER Curso 2015/2016 Los procesos por los cuales la célula entra en el vaso sanguíneo no se conocen completamente, pero se ha descrito que pueden entrar en la circulación de manera paracelular, es decir, pasando entre las dos células endoteliales.
Las células endoteliales se encuentran fuertemente unidas mediante adhesión pero las células tumorales son capaces de provocar una retracción de las células endoteliales que provoca que estas uniones se deshagan. Muchos factores pueden intervenir en este proceso, como la el TGF, la señalización por la vía Notch, algunas metaloproteinasas y también las células del sistema inmune.
Se ha descrito un posible mecanismo de intravasación endotelial. De alguna manera, las células tumorales estimulan procesos de endocitosis y transcitosis que permiten a la célula pasar entre las células endoteliales.
Supervivencia en la circulación Una vez la célula tumoral ha conseguido entrar en la circulación, debe poder sobrevivir en ella. Esto es complicado ya que la célula se encuentra sola, por lo que está muy expuesta al sistema inmune, que la intentará eliminar. Para posibilitar la supervivencia de las células tumorales, estas desarrollarán mecanismos de inhibición del sistema inmune: - Eliminación de linfocitos T mediante la expresión de Fas ligando. Fas interacciona con el receptor que esté presente en la membrana de los linfocitos T, activando el mecanismo de apoptosis.
- Expresión de citoquinas inmunosupresoras, como el TGF-β - Supresión por linfocitos T reguladores - Ignorancia: el linfocito no podrá reconocer a la célula tumoral por no expresar las proteínas encargadas del reconocimiento del antígeno o por presentarlas mutadas.
-… Extravasación e infiltración Al igual que ocurre con el sistema por el cual la célula se intravasa, el sistema de extravasación tampoco se conoce. Parece ser que es un sistema similar al que utilizan los linfocitos. La célula debe interaccionar con las células endoteliales, que están fuertemente unidas. La célula tumoral entra en contacto con los receptores de las células endoteliales para romper, de alguna manera, las uniones entre las células.
18 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Sí que se sabe que las células tumorales tienen lugares preferenciales en los que hacer metástasis, es decir, tienen preferencia por tejidos concretos para insertarse y hacer metástasis en ellos aunque tampoco se conoce el porqué.
En la siguiente tabla podemos ver los tejidos en los que preferentemente hace metástasis cada tipo de tumor.
Este fenómeno de la preferencia para metastatizar se conoce con el nombre de teoría Seed and Soil, propuesta por Stephen Paget. Según esta teoría, la célula va a establecer metástasis allí donde encuentra un tejido o microambiente que le resulta favorable. Si la célula hace metástasis en otro tejido, no encontrará el “suelo fértil” que necesita para poder sobrevivir y crecer y la metástasis no se desarrollará.
Para demostrar esta teoría, Paget hizo un experimento en el que inyectó un tipo celular de forma intravascular y observó que hacía nódulos en el pulmón pero no en otro tejido.
Postuló que las células tumorales hacían metástasis en el pulmón y no en otro lugar porque las células encontraban en el pulmón el microambiente necesario para crecer. Para demostrarlo, trasplantó ectópicamente células de diferentes órganos como riñón y pulmón y las inyectó en la sangre de nuevo. Las células tumorales hacían metástasis en el pulmón endógeno del animal y también en el pulmón implantado ectópicamente pero no en el resto de órganos.
De esta manera, demostró que la localización del órgano no era importante para la formación de metástasis.
19 CÁNCER Curso 2015/2016 También realizó otro experimento en el que conectaba dos ratones e inyectó células tumorales en uno de ellos. Al cabo de un tiempo aparecieron metástasis en los pulmones de ambos animales.
Las células tumorales utilizadas en todos los experimentos eran del mismo tipo de tumor por lo que todas hacían metástasis en el pulmón.
Hay muchos factores que afectan a esta preferencia.
En primer lugar, la estructura de los vasos sanguíneos del tejido determinará la capacidad de establecimiento de metástasis. Por ejemplo, si las células tumorales van a hacer metástasis en el sistema nervioso central, deberán ser capaces de atravesar la barrera hematoencefálica.
La célula expresa determinados genes que le permiten atravesar las barreras. Se establecen firmas moleculares en las células tumorales que son expresiones de conjuntos de genes que determinarán la capacidad de cada tumor de hacer metástasis en un tejido diferente. Habrá firmas moleculares que sirvan para la invasión de tejidos concretos.
Hipótesis de Self Seeding Según la teoría del Seed and Soil, las células tienden a hacer metástasis en el lugar que les es más favorable que, precisamente, es el propio tumor del que proceden.
20 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Es decir, la primera metástasis que hace la célula es en el tejido donde se localiza el tumor primario.
Una vez se ha extravasado, la célula debe asentarse en el tejido y crecer pero se encuentra en un tejido que le resulta extraño (ya que no es el tejido del que procede). La célula puede tener diferentes destinos: - El ambiente extraño provoca que la célula termine muriendo por apoptosis.
- La célula puede entrar en un estado de latencia. Dentro de la latencia podemos encontrar varios tipos.
Latencia celular. Puede ocurrir que la célula no crezca y quede latente en el tejido como célula individual.
Micrometástasis. Tras establecerse en el tejido, la célula crece un poco y acaba formando una micrometástasis que queda latente, bien por vigilancia del sistema inmune o por latencia angiogénica.
En el tejido hay macrófagos residentes y se establece una lucha entre el sistema inmune y las células que forman la metástasis.
Además, para poder progresar, la metástasis debe formar nuevos vasos sanguíneos. El problema es que los factores angiogénicos del nuevo tejido en el que se encuentra la célula pueden no ser los mismos que los del tumor primario. Esta sería el tipo de latencia que se conoce como latencia angiogénica.
Macrometástasis. En algún momento, la célula adquiere nuevas mutaciones o cambios epigenéticos que permiten a la célula escapar de estos dos tipos de latencia y desarrollar una macrometástasis. Los cambios genéticos y epigenéticos permiten que la célula escape del sistema inmune y que estimula el crecimiento de nuevos vasos.
21 CÁNCER Curso 2015/2016 Finalmente, la célula logra adaptarse al nuevo tejido interaccionando con él para poder aprovecharse de sus factores de crecimiento, … El periodo de latencia es muy diferente en función del tipo tumoral. Por ejemplo, las células de cáncer de pulmón tienen un periodo de latencia muy corto, lo que implica que nos encontramos ante un tumor muy agresivo.
En el caso del tumor de mama, la micrometástasis puede no ponerse de manifiesto y tardar décadas en formar la macrometástasis.
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