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Descubiertos nuevos genes supresores de tumores que cooperan con PTEN para frenar el cáncer

 

Jorge de la Rosa1,2,3 y Juan Cadiñanos1,2

 1The Wellcome Trust Sanger Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridgeshire, CB10 1SA, UK.

2Instituto de Medicina Oncológica y Molecular de Asturias (IMOMA), 33193-Oviedo, España.

 3Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, Facultad de Medicina, Instituto Universitario de Oncología (IUOPA), Universidad de Oviedo, 33006-Oviedo, España.

 

Estructura molecular de la proteína PTEN. Protein data Base 1d5r, visualizada con qutemol.

Para entender el origen y la evolución del cáncer es fundamental conocer y caracterizar los mecanismos celulares que evitan su desarrollo. Entre estos se encuentran diversos procesos en los que participan proteínas codificadas por genes supresores de tumores. El gen PTEN es el segundo gen supresor de tumores más frecuentemente mutado/delecionado en cáncer, solo después de TP53. La proteína PTEN es capaz de controlar procesos celulares tan relevantes como el crecimiento, la proliferación, la supervivencia y el metabolismo celular, actuando como principal antagonista de la ruta de señalización oncogénica PI3K-AKT y ejerciendo funciones esenciales para mantener la integridad genómica (Song et al, 2012). Aunque una ligera disminución en los niveles celulares de PTEN puede desencadenar el desarrollo tumoral, los estadios más avanzados de la enfermedad se asocian a niveles de expresión muy bajos de esta proteína, así como a la presencia de alteraciones adicionales en otros genes que cooperan para conferir al tumor un mayor grado de malignidad (Alimonti et al, 2010). La identificación de estas alteraciones es clave tanto para comprender las rutas moleculares responsables de la progresión de los tumores deficientes en PTEN como para el desarrollo de terapias dirigidas frente a ellos.

Los estudios de mutagénesis inducida por transposones son una herramienta muy útil y complementaria a los estudios de secuenciación masiva para desentrañar las alteraciones genéticas responsables del inicio y la progresión tumoral (Kool and Berns, 2009). Recientemente, basándonos en esta tecnología e implementando una serie de innovaciones, hemos llevado a cabo una aproximación funcional para identificar genes supresores de tumores que, junto con PTEN, cooperan para frenar el cáncer (de la Rosa et al, 2017a, de la Rosa et al, 2017b). Con este fin, generamos ratones modificados genéticamente portadores de un transposón de tipo Sleeping Beauty alojado en el gen Pten. Cuando el transposón se moviliza, arrastra consigo un exón crítico para el funcionamiento de este gen, provocando la inactivación de Pten. Además, la reinserción al azar del transposón en otra región del genoma genera una mutación adicional en la misma célula. Aquellas células en las que la segunda mutación inactiva alguno de los genes que cooperan con Pten para evitar el desarrollo de tumores están más predispuestas a convertirse en células cancerosas.

Basándonos en esta estrategia hemos podido identificar conjuntos de cientos de genes implicados en el desarrollo de tumores de próstata, mama y piel, algunos conocidos y otros asociados por primera vez a estos tipos de tumores. Posteriormente, decidimos centrarnos en el cáncer de próstata por su alta incidencia en humanos y por la destacada implicación de las alteraciones en PTEN en su desarrollo, y validamos la participación de varios de los genes más prometedores en el curso de la enfermedad en humanos.

El cáncer de próstata es el más común en varones y la segunda causa de muerte por cáncer en la población occidental (Attard et al, 2016). Un 50% de los tumores primarios y casi un 100% de los cánceres de próstata metastásicos presentan alteraciones genéticas en alguno de los componentes de la ruta de señalización celular PI3K-AKT, la mayoría de las cuales afectan directamente al gen PTEN. Sin embargo, mientras algunos de estos tumores evolucionan lentamente, otros invaden los tejidos subyacentes y metastatizan rápidamente, lo que sugiere que existen mutaciones en otros genes pertenecientes a otras rutas moleculares que son responsables de estas diferencias. Para evitar el sobretratamiento de los pacientes con tumores indolentes y ofrecer terapias eficaces en los casos más agresivos es crucial encontrar marcadores que nos permitan predecir el comportamiento de estos tumores.

 

PTEN

Tumor de próstata deficiente en PTEN inducido por transposición en uno de los ratones empleados en este estudio. Mediante análisis de inmunohistoquímica se observa cómo Pten (teñido de marrón) está presente en el epitelio normal y se pierde en el tumor.

 

El análisis del patrón de inserciones de los tumores de próstata que presentaban nuestros ratones nos ha permitido identificar más de 100 genes codificantes de proteínas que podrían actuar sinérgicamente con PTEN para impedir el desarrollo del cáncer de próstata (de la Rosa et al, 2017a). De acuerdo con esta posibilidad, en primer lugar hemos observado que estos genes se encuentran enriquecidos en aquellas bases de datos que recogen genes previamente relacionados, tanto de manera consistente, como de manera preliminar, con el desarrollo del cáncer en humanos. Además, los niveles de expresión de mRNA de estos genes en tumores de próstata humanos se correlacionan significativamente con los de PTEN. Por último, hemos detectado un enriquecimiento en genes que se encuentran frecuentemente delecionados en homozigosis en muestras humanas de cáncer de próstata.

Muchos de los genes supresores de tumores identificados codifican proteínas modificadoras de la cromatina, así como factores implicados en el metabolismo del RNA (estabilización del RNA, splicing y regulación transcripcional). También son numerosos los genes codificantes de proteínas implicadas en la degradación proteica mediada por ubiquitina, principalmente E3 ligasas. Algunos de estos genes se han encontrado previamente alterados en cáncer de próstata humano, ya sea debido a mutaciones puntuales (ARID1A, KDM6A, MLL1, MLL5, MAGI3), variaciones en el número de copias (ETV6, FOXP1), fusión génica (TBL1XR1, FUBP1, EPB41), desregulación transcripcional (MEIS1, PBX1) o polimorfismos (RASA1). Esto pone de manifiesto el potencial de la aproximación que hemos seguido para el descubrimiento de genes que son objeto de distintos mecanismos de alteración durante la tumorigénesis. Asimismo, nuestros resultados suponen la primera evidencia funcional del papel oncosupresor de algunos de estos genes.

De cara a la validación funcional de los candidatos, nos centramos en cinco de los genes más frecuentemente mutados por transposición en los tumores de próstata de nuestros ratones. Estos genes codifican el factor de transcripción ZBTB20, el factor de unión al RNA CELF2, el regulador de la polaridad celular PARD3, la proteína adaptadora AKAP13 y el regulador de la autofagia WAC. Utilizando células de hiperplasia benigna de próstata humana demostramos que la inactivación de cualquiera de estos cinco genes al mismo tiempo que se inactivaba PTEN las convertía en células con una mayor capacidad invasiva. De acuerdo con esto, el perfil transcripcional de estas células desveló la desregulación de rutas de señalización oncogénicas comúnmente asociadas con la progresión del cáncer de próstata. Además, observamos que, en los tumores de próstata humanos, los niveles de los cinco supresores de tumores disminuyen según va avanzando la enfermedad, y en paralelo con la reducción de los niveles de PTEN, y que los pacientes cuyos tumores mostraban niveles de expresión más bajos de estos genes presentaban un peor pronóstico (de la Rosa et al, 2017a).

Por último, generamos ratones knock-out condicionales de Wac para estudiar la funcionalidad de este gen in vivo. Estos ratones eran deficientes en Pten en la próstata y carecían además de una o de las dos copias del gen Wac en este órgano. Curiosamente, observamos que en los ratones heterocigotos de Wac los tumores eran más grandes, mientras que en los homocigotos estos tumores crecían mucho más lentamente (de la Rosa et al, 2017a). A falta de experimentos adicionales, es posible que este fenómeno de haploinsuficiencia obligada se deba a cambios en la actividad autofágica regulados por Wac, pues se ha demostrado que este proceso de reciclaje celular, dependiendo de su intensidad y del contexto tisular, puede tanto favorecer como frenar el cáncer.

En un futuro, los genes supresores de tumores identificados en este trabajo podrían ser utilizados como marcadores pronóstico, facilitar la estratificación de pacientes o, incluso, inspirar el desarrollo de futuras terapias antitumorales.

Referencia del artículo original:

de la Rosa, J., et al. 2017a. A single-copy Sleeping Beauty transposon mutagenesis screen identifies new PTEN-cooperating tumor suppressor genes. Nat Genet,  doi: http://dx.doi.org/10.1038/ng.3817

Comentario del articulo original:

de la Rosa, J., et al. 2017b. Disentangling PTEN-cooperating tumor suppressor gene networks in cancer. Molecular & Cellular Oncology, 00-00 doi: http://dx.doi.org/10.1080/23723556.2017.1325550

Referencias:

Alimonti, A, et al. Subtle variations in Pten dose determine cancer susceptibility. Nat Genet.  2010, 42, 454-8 doi: 10.1038/ng.556.

Attard, G, et al. Prostate cancer. Lancet. 2016. 387, 70-82 doi: 10.1016/S0140-6736(14)61947-4.

de la Rosa, J., et al. A single-copy Sleeping Beauty transposon mutagenesis screen identifies new PTEN-cooperating tumor suppressor genes. Nat Genet.  2017a. doi: 10.1038/ng.3817.

de la Rosa J, et al. Disentangling PTEN-cooperating tumor suppressor gene networks in cancer. Molecular & Cellular Oncology. 2017b. 00-00 doi: 10.1080/23723556.2017.1325550.

Kool, J. & Berns, A. High-throughput insertional mutagenesis screens in mice to identify oncogenic networks. Nat Rev Cancer. 2009. 9, 389-99 doi: 10.1038/nrc2647.

Song, M. S., et al. The functions and regulation of the PTEN tumour suppressor. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012. 13, 283-96 doi: 10.1038/nrm3330.

 

 

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