Tema 18 Wnt (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Ciencias Biomédicas - 3º curso
Asignatura Cáncer
Año del apunte 2016
Páginas 9
Fecha de subida 03/05/2016
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3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV CÁNCER TEMA 18 Principales vías de señalización en cáncer: Wnt Wnt es una familia de proteínas secretadas que participan en la morfogénesis temprana del embrión, en las decisiones del destino celular y en el desarrollo de las células madre. Es decir, participan en procesos fundamentales en los primeros estadios del desarrollo.
En humanos se han encontrado 19 diferentes.
Las Wnt fueron descubiertos como oncogenes gracias a que se observó su activación oncogénica mediada por virus. Se vio que el gen se encontraba sobreexpresado en animales que habían estado infectados por el virus del tumor mamario de ratón (MMTV). El virus se había integrado en el genoma del ratón y había activado la expresión del gen Int-1 que es el homólogo de Wnt en ratón.
*El nombre de Wnt procede de hecho de una mezcla del gen wingless (de mosca) y del gen Int-1 del ratón.
Wnt y sus receptores En realidad Wnt se trata de un proto-oncogen, es decir, se trata de un gen que se expresa normalmente en las células cuya expresión incrementada promueve la aparición de tumores.
Wnt es un ligando de los receptores de membrana de la familia Frizzled, que son receptores transmembrana que tienen 7 dominios transmembrana (similares estructuralmente a receptores ligados a proteínas G). Existen receptores Frizzled en humanos y ratones (Fzd-10).
Tienen un dominio extracelular de unión a Wnt que es rico en cisteínas (cysteine-rich extracellular domain -CRD) y un dominio intracelular corto.
Wnt también se une a LRP5 o a LRP6 que son receptores transmembrana que actúan como co-receptores de Wnt (junto con Frizzle). Son miembros de la familia de las proteínas relacionadas con receptores de lipoproteínas de baja densidad.
1 CÁNCER Curso 2015/2016 Regulación de Wnt Los niveles de receptor en la membrana están regulados por el sistema ubiquitin ligasa - proteasoma.
En la membrana de la célula hay dos ubiquitin ligasas que, de manera constitutiva, ubiquitinizan los receptores Frizzled haciendo que sean degradados mediante el proteasoma.
Estas ubiquitin ligasas son ZNRF3 y RNF34.
Esta regulación aún es más complicada ya que, las proteínas R-Spondinas (RSpondins) son secretadas y se unen a las ubiquitin ligasas y a la proteína de membrana LGR 5 e inhiben la actividad de las ubiquitin ligasas. De esta manera, los receptores no se ubiquitinizan ni se endocitan  los receptores Frizzled se estabilizan en la membrana.
Señalización por Wnt Se han propuesto varias vías de señalización por Wnt. En principio, nosotros vamos a hablar solamente de la vía de señalización canónica, que es la regulada por la β-catenina. Existen otras vías, como la PCR o la mediada por calcio.
Vía de la β-catenina La activación de los receptores por parte de Wnt activa la β-catenina. Se trata de un factor de transcripción que es el principal mediador de los efectos fisiológicos por Wnt en esta vía.
La β-catenina, tiene motivos de regulación: lugares de interacción con ubiquitin ligasas que son sitios de fosforilación en N-terminal, lugares de transactivación de la traducción y motivos de interacción con otras proteínas. La β-catenina carece de dominio de unión al DNA, por lo que depende de la interacción con otras proteínas para desempeñar su función.
2 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Cuando se activa la vía de Wnt, la β-catenina transloca al núcleo donde interacciona con otros factores de transcripción, miembros de las familias TCF (T-cell factor) y LEF (lymphocyte-enchancer-binding facotr). Estos factores de transcripción tienen por un lado el dominio de interacción con la β-catenina y por otro, un dominio de interacción con el DNA, que es lo que le falta a la β-catenina (lo que no tienen es el dominio de transactivación de la transcripción).
Dependiendo del contexto celular, puede haber activadores o represores de que determinan la función de la β-catenina. Es decir, determinarán a qué promotores se une y qué genes activa.
Estos coactivadores y corepresores son reclutados por la propia β-catenina para modular los patrones de expresión.
En estado basal, la β-catenina se degrada constitutivamente mediante el proteosoma, gracias de su dominio de interacción con las ubiquitin ligasas. Para que se produzca esta degradación, es necesario que la βcatenina sea fosforilada por las kinasas CK1 (Caesin kinasa 1) y GSK3 (Glycogen Synthase kinase 3). Por tanto, los niveles de β-catenina en estado basal son bajos.
β-TrCP es una E3 ligasa que se une a la β-catenina fosforilada y comienza su ubiquitinización y su degradación por la vía del proteasoma.
La degradación de la β-catenina sucede dentro de un complejo macromolecular, llamado complejo de destrucción, en el que participan adaptadores extremadamente importantes en la degradación.
Las proteínas que forman (mínimamente) este complejo son: APC, que es un supresor tumoral (Adenomatous Polyposis Coli) Diversina que recluta CK1.
Axina, que hace de scaffolds o andamios para la formación de un complejo en el que la β-catenina pueda ser fosforilada y ubiquitinizada (y posteriormente degradada por el proteasoma).
Una vez se ha producido la interacción de Wnt con sus co-receptores (Frizzled y LRP5/6), se activa la proteína Dishevelled (DSH o DVL). Esta proteína inhibe la actividad de las kinasas CK1 y GSK3, por lo que la β-catenina no se fosforila y, consecuentemente, no se degrada. De esta manera, la β-catenina se acumula y pierde su afinidad por las proteínas que forman el complejo, pudiendo liberarse y translocar al núcleo.
Cuando DSH bloquea a las kinasas parece que el complejo de destrucción se desmonta y que las interacciones moleculares se pierden. Hay muchas hipótesis sobre cómo ocurre esto.
3 CÁNCER Curso 2015/2016 Los genes diana de la señalización por la β-catenina están implicados en procesos como la proliferación celular, la supervivencia celular, la angiogénesis o la invasión , todos ellos frecuentemente alterados en cáncer.
Encontramos entre los targets el oncogen Myc, la ciclina D1, … e incluso genes que participan en la propia vía Wnt- β-catenina, como el gen de la Axina 2.
Es decir, β-catenina promueve la transcripción de múltiples proteínas que pueden promover la aparición del fenotipo tumoral.
La β-catenina también es uno de los componentes que, junto a la E-cadherina participa en las uniones adherentes. No se conoce bien cuál es la relación entre su función como factor de transcripción y su función como proteína estructural. Lo que sí que se sabe es que, cuando forma parte de las uniones adherentes, la β-catenina no puede ser degradada por el proteasoma.
Control nuclear de la señalización por β-catenina En el núcleo, la β-catenina tiene aún más mecanismos de regulación. En ausencia de Wnt, los factores a los que se une la β-catenina para activar la transcripción están bloqueados por proteínas como Groucho, que constituyen un sistema de seguridad para evitar que las moléculas que puedan quedar en el núcleo activen la transcripción cuando no toca.
4 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV También podemos encontrar coactivadores (Brg1, CBP, Blc9 y Pygopus) y enzimas modificadoras de la cromatina que ayudan a la β-catenina a desempeñar su función como factor de transcripción (cuando la vía está activada).
Alteraciones de la vía Wnt- β-catenina Podemos encontrar diferentes puntos de alteración de la vía Wnt- β-catenina.
- Sobreexpresión de los ligandos: Wnt - Pérdida de función de APC o de la axina: APC y axina son proteínas importantes para formar el complejo de destrucción por lo que, si su función se encuentra disminuida, la vía estará sobreactivada.
- Alteraciones de ganancia de función de la β-catenina y de los factores TCF y LEF.
- Alteraciones de pérdida de función de las ubiquitin ligasas de la membrana que mantienen altos los niveles de receptor. Esto implica que la vía será más susceptible de ser activada.
La primera alteración descubierta en esta vía fue aquellas en la que se observó que el virus del tumor mamario de ratón se integraba en el locus del gen Int-1 (el homólogo de Wnt en ratón). El virus provocaba la sobreexpresión de Wnt.
La segunda alteración que se encontró fueron las alteraciones en APC, que se encuentra mutado en el síndrome de poliposis adenomatosa familiar. Se trata de un síndrome hereditario que está asociado con el incremento del riesgo en el desarrollo de cáncer de colon. Cuando APC pierde su función, no se puede formar el complejo de destrucción que facilita la ubiquitinización de la β-catenina y su degradación.
APC es un supresor tumoral muy relacionado con el cáncer de colon. Un 85% de los casos de cáncer de colon tienen mutaciones en la vía de la β-catenina, sobre todo en este gen.
La secuencia de acumulación de mutaciones está muy bien caracterizada en el caso del cáncer de colon.
Normalmente, la primera mutación que pone la mucosa en riesgo es la pérdida de función de APC. Es muy frecuente que la segunda alteración sea una mutación en el 2º alelo de APC o la metilación de su promotor (falta de expresión de APC debido a factores epigenéticos). En esta progresión también son frecuentes las alteraciones en el gen de la β-catenina.
5 CÁNCER Curso 2015/2016 Algunas de las mutaciones o regiones alteradas se asocian más a unos tipos de síndromes que a otros.
 De todo esto, es importante con que nos quedemos que las mutaciones en APC se asocian sobre todo con el cáncer de colon, con el que también se asocian otras alteraciones en la vía de la β-catenina.
Si estudiamos el resto de miembros de la vía de señalización, observamos: - Mutaciones en Wnt asociadas a cánceres de mama, ovario y pulmón.
- Mutaciones en la Axina en cáncer colorectal, gástrico y de próstata.
En el siguiente estudio se analizó el papel de la β-catenina en cánceres de endometrio.
En las imágenes vemos la inmunohistoquímica para la β-catenina: en el endometrio normal tiene una localización más citosólica mientras que en el caso del tumor, encontramos el marcaje más nuclear.
Esto nos indica que la vía también puede estar alterada en casos de cáncer de endometrio.
Señalización por Wnt y Stem Cells Hoy en día, no podemos dejar de hablar de la relación entre Wnt y el cáncer sin hablar de las células madre. Existen muchas teorías que aseguran que los tumores no se originan a partir de células somáticas sino a partir de las células madre adultas de cada tejido .
La desregulación de la β-catenina altera la homeostasis de las células madre.
Podemos ver un ejemplo de lo que ocurre con las células madre del colon. En el fondo de las criptas de la mucosa del colon encontramos las células madre del colon, que se van dividiendo de forma asimétrica dando lugar a una célula madre y a una célula amplificadora de tránsito en cada división.
6 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Las células amplificadoras de tránsito son las destinadas a la diferenciación y van subiendo por la cripta diferenciándose en los diferentes tipos celulares de la mucosa del colon. Las células del extremo de la cripta se van descamando (se produce un recambio celular continuo).
La regeneración de la mucosa del colon es un proceso altamente regulado por la vía de la β-catenina, que tiene restringida su expresión en todas las células de la cripta salvo en las células madre del fondo.
Wnt es más abundante en la base de las criptas, donde estimula la vía de la β-catenina en las células madre y su expresión va disminuyendo a medida que subimos por la cripta . Parece que se establece un gradiente de Wnt, que se secreta de forma local en el fondo de la cripta y va perdiendo concentración.
Además, parece que en la parte más luminal de las vellosidades se liberan otros factores que inhiben la señalización por Wnt que también establecen un gradiente (en el fondo de las criptas la concentración de estos factores es mínima).
La β-catenina mantiene la pluripotencialidad de las células madre y participa en la división asimétrica necesaria para mantener la funcionalidad del epitelio.
La célula amplificadora de tránsito va perdiendo los componentes necesarios para la activación de la vía (de debe tenerlos ya que se está diferenciando). En cambio, la célula madre que se genera en cada división sí los mantiene.
Parece que las células de Paneth y las células del estroma son las encargadas de la síntesis de Wnt a nivel local.
7 CÁNCER Curso 2015/2016 Además, esto se está empezando a observar en otros epitelios estratificados que proliferan continuamente, como en la epidermis. En el caso de la epidermis, las células más profundas del tejido secretan Wnt de manera local que mantienen la potencialidad de las células madre. Las células amplificadoras de tránsito se desplazan hacia la zona más superficial del tejido y pierden esta señalización para diferenciarse.
En un tumor, podemos encontrar la β-catenina en todo el tejido (en el tejido normal la vía está activada de forma local), ya que está sobreactivada. De esta manera, todas las células de la cripta del colon actúan como si fueran células madre: se dividen mucho y no se diferencian. Así, se forman células pluripotenciales de un tumor.
Puede ocurrir que la célula deje de dividirse asimétricamente y dé dos células madre que continúan produciendo β-catenina, o también puede ocurrir que la β-catenina comience a producirse a partir de la 2ª división y que sean las células amplificadoras de tránsito las que acumulen la β-catenina.
El siguiente artículo demuestra que, en el caso del cáncer de colon, los tumores tienen origen en las células madre. Se generó un ratón en el que crearon mutaciones de APC en las células madre del colon gracias a un promotor específico. También indujeron la mutación en las células amplificadoras de tránsito.
Los investigadores que llevaron a cabo este estudio obtuvieron la repuesta esperada: cuando la mutación se produce en las células diferenciadas, no hace que la célula se vuelva tumorogénica, ya que las células amplificadoras de tránsito no pueden mantener el epitelio regenerativo.
Sin embargo, las células madre sí pueden mantener la regeneración y, es en ellas en las que la mutación de APC sí puede provocar la transformación tumoral.
8 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Wnt como diana terapéutica Como se trata de una vía de señalización muy conocida, de la cual se conocen sus componentes y su regulación bastante bien, se están desarrollando muchos fármacos, por ejemplo: - Anticuerpos monoclonales contra Wnt - Inhibidores de Dishevelled Hay muchos componentes de la vía Wnt-β-catenina que se participan en enfermedades en las que la vía se encuentra mutada por pérdida de función. Por ejemplo, se ha encontrado pérdida de función de la vía en alteraciones mentales. Para estas enfermedades se han desarrollado fármacos que activan la vía, como inhibidores de la Axina que, como es lógico, no se emplean en terapia para el cáncer.
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