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El cáncer es una de las dos primeras causas de muerte en países occidentales, y afecta a casi uno de cada tres individuos. Visto de esta forma, el cáncer es una enfermedad muy frecuente. Sin embargo, a nivel celular, el desarrollo de un tumor canceroso es un fenómeno muy raro. Cuando se realiza un escrutinio genético de las células de un tumor canceroso, siempre se encuentra que éstas surgieron de una sola célula. Por lo tanto, a diferencia de otras afecciones que requieren modificación de una gran cantidad de células, el cáncer se debe a la proliferación descontrolada de una sola célula extraña (se dice que el cáncer es monoclonal). Considérese por un momento que el cuerpo humano tiene trillones de células, billones de las cuales se someten a división celular cualquier día determinado. Aunque casi todas estas células en división tienen el potencial de cambiar su composición genética y crecer hasta formar un tumor maligno, esto sólo ocurre en cerca de un tercio de la población humana durante toda su vida.
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Una de las principales razones por las que más células no originan tumores cancerosos es que la transformación maligna requiere más que una sola alteración genética. Es posible distinguir entre dos tipos de alteraciones genéticas que podrían aumentar la probabilidad de desarrollar un tipo particular de cáncer: las que se heredan de los padres (mutaciones en la línea germinal) y las que ocurren durante la vida del individuo (mutaciones somáticas). Existen unos cuantos tipos de mutaciones que pueden heredarse, que elevan mucho la probabilidad de desarrollar cáncer. El estudio de estas mutaciones ha enseñado mucho sobre cómo los genes disfuncionales pueden conducir a la formación del cáncer; algunos de estos síndromes cancerosos hereditarios se describen más adelante. Sin embargo, por lo general las mutaciones hereditarias no son un factor importante en la ocurrencia de la mayor parte de los casos de cáncer. Una forma de establecer un cálculo general del impacto de la herencia en la formación de tumores es confirmar la probabilidad de que dos gemelos idénticos desarrollarán el mismo tipo de cáncer para cuando lleguen a cierta edad. Los estudios de este tipo sugieren que la probabilidad de que dos gemelos idénticos de 75 años compartan un cáncer particular, como el mamario o el prostático, está entre 10 y 15%, según el tipo de cáncer. Está claro que los genes que se heredan tienen una influencia significativa en los riesgos de desarrollar cáncer, pero el mayor impacto proviene de los genes que se alteran durante la vida.
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El desarrollo de un tumor maligno (carcinogénesis) es un proceso con múltiples pasos que se caracteriza por una progresión de alteraciones permanentes en una sola línea de células, lo que puede ocurrir en el transcurso de muchas divisiones celulares sucesivas y requerir de varias décadas para completarse. Cada cambio genético puede inducir una característica específica del estado maligno, como la protección contra la apoptosis, como se expone en la sección 16.1. Conforme estos cambios genéticos ocurren gradualmente, las células de la línea se hacen cada vez menos reactivas a la maquinaria reguladora normal del organismo y más capaces de invadir tejidos normales. Según este concepto, la tumorigénesis requiere que la célula que inicia el cáncer sea capaz de experimentar un gran número de divisiones celulares. Este requerimiento ha hecho que se ponga mucha atención en los tipos de células presentes en un tejido que podrían tener el potencial de convertirse en tumorales.
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Los tumores sólidos más comunes (de mama, colon, próstata y pulmón) surgen en tejidos epiteliales que de manera normal experimentan un nivel relativamente alto de división celular. Lo mismo es válido para las leucemias, que se desarrollan en tejidos formadores de sangre en rápida división. Las células de estos tejidos pueden clasificarse de manera aproximada en tres grupos: (1) células primordiales, con potencial de proliferación ilimitado, que tienen la capacidad de producir más células iguales y dar origen a todas las células del tejido (pág. 20); (2) células progenitoras, que se derivan de células primordiales y poseen capacidad limitada de proliferar, y (3) los productos finales diferenciados del tejido, que por lo general han perdido la capacidad de dividirse. En la figura 17.6 se presentan ejemplos de estos tres grupos.
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Dado el hecho de que la formación de un tumor requiere que una célula sea capaz de dividirse extensamente, se han considerado dos escenarios generales para el origen de los tumores. En un escenario, el cáncer surge de una población relativamente pequeña de células progenitoras que habitan dentro de cada tejido adulto. Dadas su larga vida y su potencial de división ilimitado, las células primordiales tienen la oportunidad de acumular las mutaciones requeridas para la transformación maligna. En otro escenario, las células progenitoras “comprometidas” pueden dar origen a tumores malignos al adquirir determinadas propiedades, como la capacidad de proliferación ilimitada, como parte del proceso de progresión tumoral. Como se ilustra en la figura 16.7, estos dos escenarios no se excluyen mutuamente, ya que algunos tumores bien pueden surgir de células primordiales y otros pueden hacerlo de la población de células progenitoras comprometidas.
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A medida que el cáncer crece, las células de la masa tumoral se someten a un tipo de selección natural que propicia la acumulación de células con propiedades más favorables para el crecimiento tumoral. Por ejemplo, sólo las neoplasias que contienen células que mantienen la longitud de sus telómeros son capaces de sostener un crecimiento ilimitado (pág. 508). Cualquier célula que aparezca dentro de un tumor que exprese telomerasa tiene una enorme ventaja de crecimiento sobre las demás células que no expresan esta enzima. Con el tiempo, proliferan las células que expresan la telomerasa mientras que aquellas que no cuentan con la enzima mueren hasta que todas las células del tumor contienen telomerasa. La expresión de tal enzima ilustra otra característica importante de la progresión tumoral; no todos estos cambios se deben a una mutación genética. La activación de la expresión de telomerasa puede considerarse un cambio epigenético, uno que se debe a la activación de un gen reprimido en condiciones normales. Como se explica en el capítulo 12, es probable que este tipo de proceso de activación implique un cambio en la estructura de la cromatina en y alrededor del gen o un cambio en el estado de la metilación del DNA, o ambas cosas. Una vez que se produce el cambio epigenético, se transmite a toda la progenie de esa célula y, por consiguiente, representa una alteración heredable y permanente. Incluso después de convertirse en malignas, las células cancerosas no dejan de acumular mutaciones y cambios epigenéticos que las torna cada vez más anormales (como se observa en la figura 16.5). Esta inestabilidad genética hace que la enfermedad sea difícil de tratar con la quimioterapia convencional porque a menudo surgen células dentro de la masa tumoral que resisten al fármaco.
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Los cambios genéticos durante la progresión tumoral a menudo se acompañan de cambios histológicos, esto es, cambios en el aspecto de las células. Los cambios iniciales con frecuencia producen células que pueden identificarse como “precancerosas”, lo cual indica que han adquirido algunas de las propiedades de una célula cancerosa, como por ejemplo la pérdida de determinados controles de la proliferación, pero carecen de la capacidad de invadir tejidos normales o dar metástasis. El frotis de Papanicolaou es una prueba para detectar células precancerosas en el recubrimiento epitelial del cuello uterino. El desarrollo de cáncer cervical casi siempre progresa durante más de 10 años y se distingue por células cada vez más anormales (menos diferenciadas que las células normales, con núcleos más grandes, como se muestra en la figura 16.8). Cuando se detectan células con apariencia anormal, el sitio precanceroso del cuello uterino puede localizarse y destruirse con láser, congelamiento o intervención quirúrgica. Algunos tejidos a menudo generan tumores benignos, que contienen células las cuales han proliferado para formar una masa con pocas probabilidades de hacerse maligna. Las molas (lunares) que todo el mundo posee son un ejemplo de tumores benignos. Estudios indican que las células pigmentarias que constituyen una mola experimentan una respuesta que las hace entrar en un estado de detención permanente de la división, llamado senescencia. Al parecer ésta es inducida en las células pigmentarias después de que han sufrido algunos de los cambios genéticos que en otras circunstancias las harían convertirse en malignas. Este proceso de “senescencia forzada” podría representar otra vía que ha surgido en la evolución para restringir el desarrollo de cáncer en los organismos superiores. Las bases moleculares de la vejez se describen mejor en la página 677.
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Genes supresores de tumor y oncogenes: frenos y aceleradores
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Los genes que intervienen en la carcinogénesis se dividen en dos grandes categorías: genes supresores de tumores, y oncogenes. Los genes supresores de tumor actúan como frenos celulares, codifican proteínas que restringen el crecimiento celular y previenen la transformación maligna de las células (fig. 16.9a). La existencia de estos genes se descubrió en los estudios de finales del decenio de 1960 en los que se fusionaron células normales y malignas de roedor. Algunas de las células híbridas que se formaron en este tipo de fusión perdieron sus características malignas, lo que sugiere que una célula normal tiene factores que pueden suprimir el crecimiento descontrolado de una célula cancerosa. Se acumularon más datos de la existencia de genes supresores de tumores con la observación de que regiones específicas de algunos cromosomas particulares siempre se eliminan en células de ciertos tipos de cáncer. Si la ausencia de tales genes se vincula con el desarrollo de un tumor, entonces se infiere que la presencia normal de estos genes suprime la formación de neoplasias.
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Por otro lado, los oncogenes codifican proteínas que promueven la pérdida del control de crecimiento y la conversión de una célula a su estado maligno (fig. 16.9b). La mayor parte de los oncogenes actúan como aceleradores de la proliferación celular, pero también tienen otras funciones. Los oncogenes pueden ocasionar inestabilidad genética, impedir que una célula se vuelva víctima de la apoptosis o promover la metástasis. La existencia de oncogenes se descubrió mediante una serie de investigaciones con virus tumorales de RNA que se documenta en la sección Vías experimentales al final de este capítulo. Tales virus transforman una célula normal en una maligna porque tienen un oncogén que codifica una proteína que interfiere con las actividades normales de la célula. El momento crucial en estos estudios llegó en 1976, cuando se descubrió que un oncogén llamado src, portado por un virus tumoral de RNA denominado virus del sarcoma aviar, estaba en realidad presente en el genoma de las células no infectadas. De hecho, el oncogén no era un gen viral, sino un gen celular que se había incorporado en el genoma viral durante una infección previa. Pronto se hizo evidente que las células tienen diversos genes, ahora conocidos como protooncogenes, con la capacidad de corromper las propias actividades celulares y conducirlas hacia el estado maligno.
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Como se explica más adelante, los protooncogenes codifican proteínas que tienen varias funciones en las actividades normales de la célula; pueden convertirse en oncogenes (activarse) por varios mecanismos (fig. 16.10):
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El gen puede mutar de tal manera que altere las propiedades del producto del gen para que ya no funcione en forma normal (fig. 16.10, vía a).
El gen puede duplicarse una o más veces, lo que produce la amplificación y producción excesiva de la proteína codificada (fig. 16.10, vía b).
Puede haber un nuevo ordenamiento cromosómico que mueva una secuencia de DNA distante en el genoma hasta quedar próxima al gen, lo que modifica la expresión del gen o la naturaleza del producto génico (fig. 16.10, vía c).
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Cualquiera de estas alteraciones genéticas puede hacer que una célula pierda capacidad de respuesta al control del crecimiento normal. Los oncogenes actúan de manera dominante, lo que significa que una sola copia de un oncogén puede hacer que la célula exprese el fenotipo alterado, sin importar que haya o no una copia normal inactivada del gen en el cromosoma homólogo (fig. 16.9b). Los investigadores han aprovechado esta propiedad para identificar a los oncogenes mediante la introducción del DNA sospechoso de contener el gen en células cultivadas para vigilar luego en busca de evidencia de alteración en las propiedades de crecimiento (pág. 697).
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Ya se explicó antes que el desarrollo de un tumor maligno humano requiere más que una sola alteración genética. La razón se vuelve aparente cuando se comprende que hay dos tipos de genes causantes de la formación tumoral. Siempre que una célula tenga su complemento íntegro de genes supresores tumorales, se considera protegida contra los efectos de un oncogén por razones evidentes durante la explicación de estos genes más adelante. La mayoría de los tumores contiene alteraciones en los genes supresores de neoplasias y en los oncogenes, lo que sugiere que la pérdida de una función supresora tumoral en la célula debe acompañarse de la conversión de un protooncogén en un oncogén antes que la célula se torne maligna. Incluso en ese caso, es posible que la célula no manifieste todas las propiedades necesarias para invadir a los tejidos circundantes o formar colonias secundarias por metástasis. Se requieren mutaciones en genes adicionales, como los que codifican a las moléculas de adhesión celular o las proteasas extracelulares (descritas en la página 256), para que estas células adquieran un fenotipo completo que ponga en riesgo la vida.
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Ahora se pueden considerar las funciones de los productos que codifican los genes supresores tumorales y los oncogenes, además de examinar cómo las mutaciones en estos genes pueden hacer que una célula se vuelva maligna.
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Genes supresores tumorales
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La transformación de una célula normal a cancerosa se acompaña de la pérdida de la función de uno o más genes supresores tumorales. Por ahora hay cerca de dos docenas de genes referidos como supresores tumorales en los seres humanos, algunos de los cuales se listan en el cuadro 16.1. Entre los genes de la lista se incluyen los que codifican factores de transcripción (p. ej., TP53 y WT1), reguladores del ciclo celular (p. ej., RB y INK4a), componentes que regulan las proteínas G (NF1), una fosfatasa de fosfoinositidos (PTEN) y una proteína que regula el alargamiento de la RNA polimerasa II (VHL).2 De una u otra manera, casi todas las proteínas que codifican los genes supresores tumorales actúan como reguladores negativos de la proliferación celular, razón por la cual su eliminación promueve el crecimiento celular descontrolado. Los productos de los genes supresores tumorales también ayudan a mantener la estabilidad genética, lo cual puede ser una razón primordial por la que los tumores contienen cariotipos tan anormales (fig. 16.5). Algunos genes supresores tumorales participan en el desarrollo de una gran variedad de tipos de cáncer, mientras que otros intervienen en la formación de uno o algunos tipos de cáncer.
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Se sabe que los miembros de algunas familias tienen un riesgo elevado para desarrollar ciertos tipos de cáncer. Aunque estos síndromes cancerosos hereditarios son raros, proporcionan una oportunidad sin precedentes para identificar genes supresores de tumores que, en caso de ausencia, contribuyen al desarrollo de formas hereditarias y esporádicas (no hereditarias) de cáncer. El primer gen supresor tumoral que se estudió y al final se clonó (y uno de los más importantes), se relaciona con un cáncer infantil poco común de la retina, el retinoblastoma. El gen causante de este trastorno se conoce como RB. La incidencia del retinoblastoma sigue dos patrones distintos: (1) ocurre con gran frecuencia y en edades tempranas en los miembros de ciertas familias y (2) se presenta en forma esporádica a una edad mayor entre miembros de la población en general. El hecho de que el retinoblastoma aparezca en ciertas familias sugiere que el cáncer puede heredarse. El examen de las células de niños que sufren retinoblastoma reveló que un miembro del par decimotercero de cromosomas homólogos carecía de una pequeña parte de la porción interior del cromosoma. La deleción se encontraba en todas las células de los niños, en las del cáncer retiniano y las de otras partes del cuerpo, lo que indicaba que la alteración cromosómica se heredó de alguno de los padres.
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El retinoblastoma se hereda como un rasgo genético dominante porque los miembros de las familias con alto riesgo que desarrollan la enfermedad heredan un alelo normal y uno anormal. No obstante, a diferencia de la mayor parte de los trastornos dominantes, como la enfermedad de Huntington, en la que los individuos que heredan un gen faltante o alterado siempre desarrollan la enfermedad, los niños que heredan un cromosoma sin el gen del retinoblastoma tienen una predisposición marcada para desarrollar el tumor, en lugar de heredar el trastorno como tal. De hecho, cerca de 10% de los individuos que heredan un cromosoma con una deleción RB nunca desarrolla el cáncer de la retina. ¿Cómo es que un pequeño porcentaje de estos sujetos predispuestos escapa a la enfermedad?
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En 1971 Alfred Knudson, de la Texas University, explicó la base genética del retinoblastoma; propuso que el desarrollo de éste requiere la mutación o eliminación de ambas copias del gen RB de una célula retiniana para que la célula pueda dar origen a un retinoblastoma. En otras palabras, el cáncer surge como resultado de dos “golpes” independientes en una sola célula. En casos de retinoblastoma esporádico, el tumor se desarrolló a partir de una célula retiniana en la que ambas copias del gen RB sufrieron mutación espontánea sucesiva (fig. 16.11a). Como la probabilidad de que ambos alelos del mismo gen sean blanco de mutaciones debilitantes en la misma célula es extremadamente baja, la incidencia de cáncer en la población general es bajísima. En cambio, las células de una persona que hereda un cromosoma con una deleción de RB ya se encuentran a la mitad del camino de convertirse en malignas. Una mutación o supresión en el alelo RB restante en cualquiera de las células de la retina produce una célula que carece del gen RB normal y, por lo tanto, no puede crear un producto funcional del gen RB (fig. 16.11b). Esto explica porqué los individuos que heredan un gen RB anormal tienen una predisposición tan alta a desarrollar el cáncer. El segundo “golpe” no ocurre en cerca del 10% de estos sujetos y no desarrolla la anomalía. La hipótesis de Knudson se confirmó más tarde mediante el examen de las células de pacientes con una disposición hereditaria al retinoblastoma, en el que se encontró que ambos alelos del gen estaban alterados en las células cancerosas, como se había anticipado. Las personas con retinoblastomas esporádicos tienen células normales que carecen de mutaciones RB y células tumorales en las que ambos alelos del gen son anormales.
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Aunque las deficiencias en el gen RB se manifiestan primero en el desarrollo de cánceres de la retina, este no es el final de la historia. Las personas que sufren la forma hereditaria del retinoblastoma también tienen un alto riesgo de desarrollar otros tipos de tumores en edades más avanzadas, sobre todo sarcomas de tejidos blandos (tumores de origen mesenquimatoso en lugar de epitelial). Las consecuencias de las mutaciones RB no se limitan a las personas que heredan un alelo mutante. Las mutaciones en los alelos RB son un fenómeno frecuente en los tipos esporádicos de cáncer de mama, próstata y pulmón entre individuos que heredaron dos alelos RB normales. Cuando las células de estos tumores se cultivan in vitro, la reintroducción de un gen RB de tipo nativo en las células es generalmente suficiente para suprimir su fenotipo canceroso, lo que indica que la pérdida de esta función génica contribuye en buena medida a la génesis tumoral. A continuación se revisa con más detalle la participación del gen RB.
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La función de pRB en la regulación del ciclo celular La importancia del ciclo celular en el crecimiento y proliferación de las células se trató en los capítulos 14 y 15, donde se señaló que los factores que controlan el ciclo celular pueden tener una participación central en el desarrollo del cáncer. En su función mejor estudiada, la proteína que codifica el gen RB, pRB, ayuda a regular el paso de las células de la etapa G1 del ciclo celular a la fase S, durante la cual se produce la síntesis del DNA. Como se explica en la página 576, la transición de la etapa G1 a la S es un periodo de compromiso para la célula; una vez que la célula ingresa en la fase S, siempre continúa con el resto del ciclo celular y la mitosis. La transición de G1 a S se acompaña de la activación de muchos genes diferentes que codifican proteínas, desde DNA polimerasas hasta ciclinas e histonas. Entre los factores de transcripción que participan en la activación de los genes necesarios para las actividades de la fase S figuran miembros de la familia E2F de los factores de transcripción, que son blancos claves de pRB. La función de pRB en el control de la actividad de E2F se ilustra en la figura 16.12. Durante G1, las proteínas E2F se mantienen unidas con pRB, lo cual previene las moléculas E2F de activar varios genes que codifican proteínas necesarias para las actividades de la fase S (p. ej., ciclina E y DNA polimerasa alfa). Los estudios sugieren (como indica el paso 1 de la figura 16.12) que el complejo E2F-pRB se asocia con el DNA, pero actúa como gen represor y no como activador. A medida que se aproxima el final de la etapa G1, la subunidad pRB del complejo pRB-E2F se fosforila por acción de las cinasas dependientes de ciclina que regulan la transición G1-S. Una vez fosforilada, pRB libera el E2F unido, lo que permite que el factor de transcripción active la expresión génica y marque el compromiso irreversible de la célula para ingresar a la fase S. Se esperaría que una célula que pierde la actividad pRB como resultado de una mutación en RB perdiera su capacidad para desactivar a E2F, lo que eliminaría ciertas restricciones para la entrada a la fase S. E2F es sólo una de docenas de proteínas encargadas de unirse con pRB, lo que sugiere que pRB posee muchas funciones más. Otro hecho de la complejidad de las interacciones de pRB es que la proteína contiene por lo menos 16 residuos de serina y treonina que pueden fosforilarse por la acción de cinasas dependientes de ciclina. Es probable que la fosforilación de distintas combinaciones de residuos de aminoácidos permita a la proteína interactuar con diferentes blancos corriente abajo.
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La importancia de pRB en la regulación del ciclo celular es demostrada por el hecho de que varios virus tumorales de DNA (incluidos adenovirus, virus del papiloma humano y SV40) codifican una proteína que se une con pRB, lo que bloquea su capacidad para unirse con E2F. La capacidad de estos virus para inducir cáncer en células infectadas depende de su capacidad para bloquear la influencia negativa que tiene pRB sobre la progresión de la célula por el ciclo celular. Al usar tales proteínas bloqueadoras de pRB, estos virus obtienen los mismos resultados que cuando se elimina el gen RB, lo que conduce al desarrollo de tumores en seres humanos.
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La función de p53: guardián del genoma El gen TP53 puede tener más que ver con el desarrollo del cáncer humano que cualquier otro componente del genoma. El gen obtiene su nombre del producto que codifica, p53, un polipéptido con masa molecular de 53 000 dáltones. En 1990, TP53 se reconoció como un gen supresor tumoral, que en caso de faltar induce un raro trastorno hereditario llamado síndrome de Li-Fraumeni. Las personas con esta anomalía tienen una incidencia muy alta de ciertos tipos de cáncer, como mamario, cerebral y leucemia. Al igual que los individuos con la forma hereditaria de retinoblastoma, los sujetos con síndrome de Li-Fraumeni heredan un alelo normal y otro anormal (o ausente) del gen supresor tumoral TP53, por lo que son muy susceptibles a los diferentes tipos de cáncer que se deben a las mutaciones aleatorias en el alelo normal.
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La importancia de p53 como un arma antitumoral resulta más evidente en el hecho de que TP53 es el gen que con mayor frecuencia presenta mutaciones en los cánceres humanos; casi la mitad de todos los tumores humanos contienen células con mutaciones puntuales o deleciones de ambos alelos del gen TP53 (fig. 16.13a). Además, las neoplasias formadas por células que tienen mutaciones TP53 se acompañan de un menor índice de supervivencia que aquellos que tienen el gen nativo TP53. Está claro que la eliminación funcional de TP53 es un paso importante en la progresión de muchas células cancerosas hacia el estado maligno completo.
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¿Por qué es tan importante la presencia de p53 para prevenir la transformación maligna de una célula? Por un lado, al parecer p53 se fija a una lista larga de proteínas, así como al DNA y participa en numerosas actividades celulares. En su función mejor estudiada, p53 sirve como factor de transcripción que actúa como jugador fundamental en la respuesta celular al estrés. Cuando en una célula se daña el DNA, p53 responde modificando la expresión de gran número de genes que participan en la regulación del ciclo celular, la apoptosis y/o la senectud. La importancia de la función como regulador de la transcripción de p53 es evidente en la figura 16.13b, que muestra la localización de las seis mutaciones que más a menudo alteran p53 en cánceres humanos; todas ellas se mapean en la región de la proteína que interactúa con DNA. Uno de los genes activados por p53 mejor estudiados codifica una proteína llamada p21 que inhibe la cinasa dependiente de ciclina que impulsa a la célula por el punto de verificación de G1. Si se eleva el nivel de p53 en la célula dañada en G1, se activa la expresión del gen p21 y se detiene el avance en el ciclo celular (fig. 14.9). Esto proporciona a la célula el tiempo necesario para reparar el daño genético antes de iniciar la replicación del DNA. Cuando ambas copias del gen TP53 de una célula mutan y su producto ya no es funcional, la célula ya no puede producir el inhibidor p21 ni ejercer el control por retroalimentación que impide el inicio de la fase S cuando no está preparada para ésta. La falta de reparación del daño en el DNA da lugar a la producción de células anormales que pueden volverse malignas.
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La detención del ciclo celular no es la única manera como p53 protege a un organismo del cáncer. Alternativamente, p53 dirige a la célula con daño genético a lo largo de un trayecto que conduce hacia la muerte por apoptosis, eliminando de esta manera a las células con potencial maligno. Se cree que p53 dirige a la célula hacia la apoptosis como resultado de diversos acontecimientos, incluida la activación de la expresión del gen BAX, cuya proteína codificada inicia la apoptosis (pág. 660). No todas las acciones de p53 dependen de la activación de la transcripción; p53 también puede adherirse directamente a diversos miembros de la familia de proteínas Bcl-2 (pág. 659) de manera que estimula la apoptosis. Por ejemplo, p53 se une a las proteínas Bax en la membrana mitocondrial externa, desencadenando directamente la permeabilización de la membrana y la liberación de factores apoptóticos. Cuando se desactivan ambos alelos de TP53, la célula portadora de un DNA dañado no se destruye, aunque carezca de la integridad genética necesaria para un crecimiento regulado (fig. 16.14). En varios estudios se ha demostrado que los tumores establecidos en ratones sufren regresión cuando se restablece la actividad de sus genes de p53. Este hallazgo sugiere que el crecimiento del tumor sigue dependiendo de la ausencia de un gen TP53 funcional, incluso cuando sus células son inestables desde el punto de vista genético. Es por estas razones que los tratamientos que restablecen la función de p53 en las células con deficiencia de esta sustancia, se ha convertido en un área activa de investigación. El tratamiento más avanzado basado en esta estrategia comprende la inyección dentro del tumor de un adenovirus portador de un gen TP53 tipo silvestre. Este método se ha utilizado de manera extensa en China, pero hasta el momento en que se publicó este libro, la FDA no había aprobado un vector similar de adenovirus (Advexin).
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La concentración de p53 en una célula sana en G1 es muy baja, lo que mantiene controlada su acción que podría ser letal. Sin embargo, si una célula en G1 sufre daño genético, como ocurre cuando la célula se somete a luz ultravioleta o carcinógenos químicos, la concentración de p53 se eleva con rapidez. Se puede inducir una respuesta similar tan sólo con la inyección de DNA con cadenas rotas en una célula. El aumento en la concentración de p53 no se debe al aumento en la expresión del gen, sino al incremento en la estabilidad de la proteína. En células no sometidas a estrés, p53 tiene una vida media de unos cuantos minutos. La degradación de p53 se facilita por una proteína llamada MDM2, que se une con p53 y la escolta fuera del núcleo y al citosol. Una vez ahí, MDM2 agrega moléculas de ubicuitina a la molécula de p53, lo que conduce a su destrucción por un proteosoma (pág. 541). ¿De qué manera el daño del DNA conduce a la estabilización de p53? En la página 580 se explicó que las personas que sufren ataxia telangiectásica carecen de una proteína cinasa llamada ATM y son incapaces de reaccionar en forma adecuada a la radiación que daña el DNA. En condiciones normales, ATM se activa después del daño al DNA y p53 es una de las proteínas a las que ATM fosforila. La versión fosforilada de la molécula p53 ya no es capaz de interactuar con MDM2, lo cual estabiliza a las moléculas existentes de p53 en el núcleo y les permite activar la expresión de genes como p21 y BAX (fig. 16.16).
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Se ha encontrado que algunas células tumorales contienen un gen TP53 de tipo nativo, junto con copias adicionales de MDM2. Se cree que estas células producen cantidades excesivas de MDM2, que impide que los niveles de p53 aumenten hasta las cifras necesarias para detener el ciclo celular o inducir la apoptosis después del daño en el DNA (u otros estímulos oncogénicos). Se está realizando un gran esfuerzo por desarrollar fármacos que bloqueen la interacción entre MDM2 y p53, en un intento de restaurar la actividad de p53 en células cancerosas que retienen este supresor tumoral clave. La relación entre MDM2 y p53 también se demostró con bloqueos génicos. Los ratones que carecen de un gen que codifique MDM2 mueren en una etapa temprana del desarrollo, tal vez porque sus células sufren apoptosis dependiente de p53. Esta interpretación se apoya con el hallazgo de que los ratones que carecen de genes que codifican tanto MDM2 como p53 (bloqueos dobles) sobreviven hasta la edad adulta pero están muy propensos a sufrir cáncer. Como estos embriones no pueden producir p53, no requieren una proteína como MDM2 que facilita la destrucción de p53. Tal observación ilustra un principio importante de la genética oncológica: aun cuando un gen “crucial” como RB o TP53 carezca de mutaciones y deleciones, la función de ese gen puede afectarse por las alteraciones en otros genes cuyos productos sean parte de las mismas vías que el gen “crucial”. En este caso, la expresión excesiva de MDM2 puede tener el mismo efecto que la ausencia de p53. Siempre que se bloquee una vía supresora de tumores, no es necesario que se altere el gen supresor tumoral mismo. Muchos estudios indican que deben desactivarse la vía de p53 y la de pRB, de una forma u otra, para permitir la progresión de la mayoría de las células tumorales.
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A causa de su capacidad para iniciar la apoptosis, p53 tiene una participación central en el tratamiento del cáncer por radiación y quimioterapia. Durante muchos años se asumió que las células cancerosas son más susceptibles que las normales a los fármacos y la radiación porque las células malignas se dividen con mayor rapidez. Sin embargo, algunas células cancerosas se dividen en forma más lenta que sus contrapartes normales y aun así son más sensibles a los fármacos y la radiación. Una teoría alternativa señala que las células normales son más resistentes a los fármacos o la radiación porque una vez que sufren daño genético detienen su ciclo celular hasta que se repara el daño o sufren apoptosis. En cambio, las células malignas con daño sostenido en el DNA tienen más probabilidad de sufrir apoptosis, siempre que posean un gen TP53 funcional. Si las células malignas pierden la función p53, muchas veces no sufren apoptosis y se vuelven muy resistentes a cualquier tratamiento adicional (fig. 16.15). Es probable que esta sea la razón principal por la que los tumores que carecen de un gen TP53 funcional (p. ej., cáncer de colon, prostático y pancreático) reaccionan mucho menos a la radiación y la quimioterapia que los tumores con un tipo nativo del gen (p. ej., cáncer testicular y leucemias linfoblásticas agudas de la infancia).
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Función de p53 activando la senectud Ya se explicó cómo p53 puede dirigir a una célula cancerosa potencial al paro del crecimiento o la apoptosis. Estudios recientes indican que p53 también controla las vías de señalización que conducen a la vejez celular, otro mecanismo que evolucionó como una barrera que impide que las células inconstantes den origen a tumores malignos. A diferencia de las células apoptóticas, las células seniles permanecen vivas y mantienen actividad metabólica, pero están detenidas de manera permanente en un estado sin división, como ejemplifican los melanocitos viejos que se encuentran en los nevos (descritos en la página 670). En otros casos, las células seniles son ingeridas por fagocitos inmunitarios. La vejez puede inducirse en otra célula por lo demás normal mediante la activación experimental de un oncogén, como Ras, lo que podría ocurrir con cierta frecuencia durante las actividades diarias de las células en división de los tejidos normales. Los estudios sugieren que la activación del oncogén inicia un periodo de división acelerada, después de lo cual se activa el programa de senectud y frena el proceso. Esta es la vía que parece ocurrir durante la formación de los nevos benignos. Una de las vías que conduce a la senectud requiere la expresión de un gen supresor tumoral llamado INK4a, que a menudo se desactiva en los cánceres humanos (cuadro 16.1). INK4a codifica dos proteínas supresoras tumorales separadas (proteínas que son traducidas en otros marcos de lectura del mRNA): p16, que inhibe las cinasas dependientes de ciclina requeridas para que el ciclo celular avance, y ARF, que estabiliza a p53 inhibiendo a MDM2. La función precisa de p53 dirigiendo a las células hacia el estado senil todavía no se conoce bien, pero la desactivación del gen TP53 en las células senescentes puede provocar que las células reanuden su potencial de malignización.
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Si p53 dirije una célula hacia la detención del ciclo celular, la apoptosis o la senectud al parecer depende del tipo de modificación postraduccional a la que se somete. Igual que en el caso de las histonas centrales (pág. 499), estas modificaciones comprenden fosforilación, acetilación, metilación y ubicuitinación y afectan a más de tres docenas de residuos dentro de la molécula de p53. Además, el hecho de que (1) el transcripto de TP53 se pueda generar por cortes alternativos para formar numerosas isoformas de p53, (2) que estas proteínas p53 pueden interactuar con una gran cantidad de proteínas diferentes y (3) que p53 repercute en muchas otras vías importantes vinculadas con el tumor (p. ej., reparación del DNA, metabolismo de la glucosa y autofagia) aumenta la complejidad en la historia de p53. La disección de la función de estos factores en la actividad de esta proteína de “tareas múltiples” será un desafío de enormes proporciones.
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Otros genes supresores tumorales Aunque las mutaciones en RB y TP53 se acompañan de una gran variedad de tumores malignos en los seres humanos, las mutaciones en otros genes supresores tumorales se detectan sólo en unos cuantos tipos de cáncer.
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La poliposis adenomatosa colónica familiar (FAP) es un trastorno hereditario en el que los individuos desarrollan cientos, incluso miles, de pólipos premalignos (adenomas) a partir de las células epiteliales que recubren la pared del colon. Si no se extirpan, es muy probable que las células de algunos de estos pólipos progresen hasta el estado maligno completo. Se descubrió que las células de los pacientes con este trastorno tienen una deleción de una pequeña parte del cromosoma 5, que luego se identificó como el sitio del gen supresor tumoral llamado APC. Una persona que hereda una deleción en APC está en una posición similar respecto de quienes heredan una deleción RB: si hay una mutación en el segundo alelo del gen en una célula determinada, se pierde el valor protector de la función del gen. La pérdida del segundo alelo de APC hace que la célula pierda el control de crecimiento y prolifere hasta formar un pólipo, en lugar de diferenciarse en células epiteliales normales de la pared intestinal. Se presupone que la conversión de las células en pólipos con un estado más maligno, caracterizado por la capacidad para producir metástasis e invadir otros tejidos, se obtiene por la acumulación de mutaciones adicionales, incluidas las de TP53. (ver figura 16.20). Los genes APC mutados no sólo se hallan en las formas hereditarias del cáncer de colon, sino también en la mayoría de los tumores colónicos esporádicos, lo que sugiere que el gen tiene una función principal en el desarrollo de esta enfermedad. En su función mejor estudiada, APC suprime la vía Wnt, que activa la transcripción de genes (p. ej., MYC y CCND1) que promueven la proliferación celular. También es posible que APC participe en la unión de microtúbulos con los cinetocoros de los cromosomas mitóticos. La pérdida de la función de APC podría dirigir de manera directa a la separación anormal de los cromosomas y la aneuploidia (pág. 596). En fechas recientes se detectó la presencia de DNA de APC mutado en la sangre de personas con cáncer colónico en fase temprana, lo cual plantea la posibilidad de una prueba diagnóstica para el trastorno.
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Se estima que el cáncer mamario afecta a una de cada ocho mujeres que viven en Estados Unidos, Canadá y Europa. De estos casos, 5 a 10% se debe a la herencia de un gen que predispone al individuo al desarrollo de la enfermedad. Después de un esfuerzo intensivo de varios laboratorios, se identificaron dos genes llamados BRCA1 y BRCA2 a mediados del decenio de 1990 como los causantes de la mayor parte de los casos hereditarios de cáncer mamario. Las mutaciones en BRCA también predisponen al desarrollo de cáncer ovárico, el cual tiene un índice de mortalidad muy alto.
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En la página 579 se señaló que las células poseen puntos de revisión que detienen el avance del ciclo celular después del daño al DNA. Las proteínas BRCA forman parte de uno o varios complejos grandes de proteínas que responden al daño del DNA y activan la reparación del mismo por medio de recombinación homóloga. Las células con proteínas BRCA mutantes acumulan fisuras cromosómicas y exhiben un cariotipo altamente aneuploide. En las células con un gen TP53 funcional, la falla en la reparación del daño en el DNA conduce a la activación de p53, lo que hace que la célula detenga el ciclo celular o se dirija a la apoptosis, como se ilustra en la figura 16.16.
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Ya se mencionó que la apoptosis es uno de los principales mecanismos del cuerpo para eliminar células tumorales potenciales. Tal mecanismo se explica en el capítulo previo, al igual que las vías que promueven la supervivencia en lugar de la destrucción celular. La vía de supervivencia celular mejor estudiada incluye la activación de una cinasa llamada PKB (AKT) por acción del fosfoinosítido PIP3. A su vez, el PIP3 se forma por la actividad catalítica de la cinasa de lípido PI3K (fig. 15.25). La activación de la vía PI3K/PKB conlleva una mayor probabilidad de que la célula sobreviva a un estímulo que en condiciones normales causaría su destrucción. Que una célula sobreviva o muera después de un fenómeno particular depende en gran medida del equilibrio entre las señales que fomentan e impiden la apoptosis. Las mutaciones que afectan este equilibrio, como las que contribuyen a la expresión excesiva de PKB o P13K, pueden romper el equilibrio en favor de la supervivencia celular, lo cual otorga una tremenda ventaja a una célula cancerosa potencial. Otra proteína que puede alterar el equilibrio entre la vida y la muerte de una célula es la fosfatasa de lípidos, PTEN, que retira el grupo fosfato de la posición 3 de PIP3 y convierte a la molécula en PI(4,5)P2, que no puede activar a PKB. Las células en las que se inactivan ambas copias del gen PTEN por lo común tienen un nivel demasiado alto de PIP3, lo cual da origen a una población de moléculas PKB con actividad excesiva. Cuando un gen PTEN normal es introducido en células tumorales que carecen de una copia funcional del gen, las células sufren apoptosis, como es de esperarse. Al igual que otros genes supresores tumorales listados en el cuadro 16.1, las mutaciones en PTEN causan una rara enfermedad hereditaria caracterizada por un mayor riesgo de cáncer, y estas mutaciones también se encuentran en diversos tipos de cánceres esporádicos.
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La mutación no es el único mecanismo por el cual pueden desactivarse los genes supresores tumorales. Los genes supresores tumorales, como BRCA1 o PTEN, a menudo se consideran no funcionales como resultado de mecanismos epigenéticos, como metilación del DNA, que silencia la transcripción del gen (pág. 530).
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Como se ha mencionado, los oncogenes codifican proteínas que promueven la pérdida del control de crecimiento y la conversión de una célula a un estado maligno. Los oncogenes provienen de protooncogenes (pág. 695), que son genes que codifican proteínas con una función en la célula normal. Numerosos oncogenes se identificaron inicialmente como parte de los genomas de virus tumorales de RNA, pero muchos más se han identificado por su importancia en la tumorigénesis en animales de laboratorio o muestras de tumores humanos. Diferentes oncogenes se activan en diferentes tipos de tumores, lo cual refleja variaciones en las vías de señalización que operan en diversos tipos celulares. El oncogén que muta con mayor frecuencia en los tumores humanos es RAS, el cual codifica una proteína de unión con GTP (RAS), que funciona como un interruptor de encendido y apagado para una vía de señalización clave en el control de la proliferación celular (pág. 640) y metabolismo (ver figura 16.18).3 Los mutantes oncogénicos de RAS casi siempre codifican una proteína en la que no puede estimularse la actividad de GTPasa y esto deja a la molécula en su forma activa unida con GTP que emite señales de proliferación continuas por la vía. Pese a los esfuerzos para crear estrategias anti-RAS como tratamiento del cáncer, todavía no se aprueba ningún fármaco que bloquee la función de RAS. La figura 16.17 resume las funciones de varios oncogenes que se explican a continuación.4
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Oncogenes que codifican factores de crecimiento o sus receptores La primera conexión entre los oncogenes y los factores de crecimiento se estableció en 1983, cuando se descubrió que el virus simiesco causante de sarcoma contenía un oncogén (sis) derivado del gen celular para el factor de crecimiento derivado de las plaquetas (PDGF), una proteína presente en la sangre humana. Las células cultivadas transformadas por este virus secretan grandes cantidades de PDGF al medio, lo cual induce la proliferación descontrolada de las células. La expresión excesiva de PDGF se ha referido en el desarrollo de tumores cerebrales (gliomas).
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Se descubrió que otro virus oncogénico, el virus de la eritroblastosis aviar, porta un oncogén (erbB) que codifica un receptor para EGF que carece de parte del dominio extracelular de la proteína que se une con el factor de crecimiento. Se esperaría que el receptor alterado fuera incapaz de emitir señales a la célula para dividirse, pero sucede justo lo contrario. Esta versión anormal del receptor estimula a la célula en forma constitutiva, esto es, que la estimulación es independiente de la presencia o ausencia del factor de crecimiento en el medio. Esta es la razón por la que las células cultivadas que tienen el gen alterado proliferan en forma descontrolada. Se descubrió que varios tipos espontáneos de cáncer en seres humanos contienen células con alteraciones genéticas que afectan a los receptores para factores de crecimiento, incluido el EGFR. Lo más frecuente es que las células malignas contengan una cantidad mucho mayor de receptores en la membrana plasmática que las células normales. El exceso de receptores torna a las células sensibles a concentraciones mucho menores del factor de crecimiento, por lo que se estimulan para dividirse en condiciones que no afectarían a las células normales. Como se expone más adelante, los receptores de factores de crecimiento se han convertido en un blanco favorito para anticuerpos terapéuticos, que se unen al dominio extracelular del receptor, y para inhibidores moleculares pequeños, que se unen al dominio de tirosina cinasa intracelular del receptor.
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Oncogenes que codifican proteína cinasas citoplásmicas Las proteína cinasas sobreactivas funcionan como oncogenes al generar señales que causan proliferación o supervivencia celular inapropiadas. Por ejemplo, Raf es una proteína cinasa de serina-treonina que encabeza la cascada de la cinasa de MAP, la principal vía de señalización para controlar el crecimiento celular (pág. 640). Es evidente que Raf está en una posición adecuada para causar devastación en una célula si su actividad enzimática se altera como resultado de una mutación. Como sucede con los receptores para factores de crecimiento y Ras, las mutaciones que convierten a Raf en una enzima que se mantiene siempre en la posición de “encendido” tienen mayor probabilidad de convertir el protooncogén en un oncogén y contribuir a la pérdida del control del crecimiento celular. Raf es el más relacionado con el melanoma, mientras que las mutaciones en BRAF tienen una participación etiológica en el desarrollo de casi 70% de estos cánceres. Otro grupo de cinasas citoplásmicas que a menudo se encuentra desregulado en el cáncer es el de las cinasas que dependen de ciclinas, especialmente Cdk4 y Cdk6 (fig. 14.8). La ciclina D1, reguladora de estas Cdk, es también un oncogén frecuente.
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El primer oncogén en descubrirse, SRC, también es una proteína cinasa, pero ésta fosforila residuos de tirosina en sustratos proteínicos en lugar de residuos de serina y treonina. La transformación de una célula por un virus tumoral que contenga src se acompaña de fosforilación de una gran variedad de proteínas. Entre los sustratos aparentes de Src figuran proteínas participantes en la transducción de la señal, el control del citoesqueleto y la adhesión celular. Por alguna razón desconocida, las mutaciones en SRC aparecen sólo rara vez en el repertorio de cambios genéticos de las células tumorales humanas.
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Oncogenes que codifican factores de transcripción Varios oncogenes codifican proteínas que actúan como factores de transcripción. La progresión de las células por el ciclo celular requiere la activación (o represión) oportuna de una gran variedad de genes cuyos productos contribuyen de varias maneras al crecimiento y división celular. Por lo tanto, no es sorprendente que las alteraciones en las proteínas que controlan la expresión de estos genes puedan trastornar en grado notorio los patrones normales de crecimiento celular. Es probable que el oncogén mejor estudiado cuyo producto actúa como factor de transcripción sea MYC.
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Myc regula la expresión de una enorme cantidad de proteínas y RNA no codificantes (rRNA, tRNA, y miRNA) implicados en el crecimiento y la proliferación celulares. Cuando la expresión de MYC se bloquea de manera selectiva, se bloquea la progresión de la célula por G1. El gen MYC es uno de los protooncogenes que se alteran en los diferentes tipos de cáncer en humanos y muchas veces se amplifica en el genoma o cambia su ordenamiento como efecto de alguna translocación cromosómica. Se cree que los cambios cromosómicos remueven al gen MYC de sus influencias reguladoras normales y aumentan su nivel de expresión en la célula, lo que produce un exceso de proteína Myc. Uno de los tipos más comunes de cáncer entre las poblaciones africanas, el linfoma de Burkitt, se debe a la translocación de un gen MYC a una posición adyacente a un gen de anticuerpo. La enfermedad se desarrolla sobre todo en personas que también se infectaron con el virus de Epstein-Barr. Este mismo virus causa sólo infecciones menores (p. ej., mononucleosis) en los sujetos que viven en países occidentales y no se vincula con el desarrollo de neoplasias.
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Oncogenes que codifican proteínas que repercuten en el estado epigenético de la cromatina Como se describió en el capítulo 12, dos de los principales factores que determinan el estado epigenético de la cromatina son (1) la metilación de promotores génicos en determinados sitios del DNA y (2) las modificaciones específicas presentes en la cola de ciertas histonas centrales dentro de los nucleosomas de los mismos promotores génicos. La metilación del DNA tiende a silenciar a los genes, mientras que las modificaciones de las histonas activan o reprimen la transcripción génica. Estudios más recientes indican que existe un número de oncogenes que codifican proteínas que repercuten en la metilación del DNA o en las modificaciones de las histonas. Éstos comprenden a DNA-metiltransferasas, histona-acetilasas o desacetilasas, histonametiltransferasas y desmetilasas y proteínas encontradas en los complejos que remodelan la cromatina. Las mutaciones en cualquiera de estas clases de genes fomentan la tumorigénesis al incrementar o reducir la transcripción de los genes que participan en las diversas vías de señalización y de regulación que modifican la proliferación, supervivencia o migración celulares. Citando un ejemplo, la leucemia mieloide aguda se caracteriza por mutaciones recurrentes en DNMT3A, gen cuyo producto interviene manteniendo los patrones de metilación del DNA durante la replicación del mismo. La metilación reducida del DNA aumenta el movimiento de los “transposones”, lo que provocaría inestabilidad genética y una mayor transcripción de ciertos protooncogenes. Por el contrario, el incremento en la metilación del DNA de las regiones promotoras de genes supresores tumorales, silencia la expresión de los genes que ejercen una influencia inhibidora crítica sobre la tumorigénesis.
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Oncogenes que codifican enzimas metabólicas En la página 667 se mencionó que las células tumorales dependen más de la glucólisis que las células sanas. Esta es solo una de las diferencias importantes en el metabolismo de las células sanas y tumorales. Otra diferencia, que fue uno de los descubrimientos sorprendentes que surgieron a partir de los estudios sobre secuencias del genoma, fue la presencia repetida de mutaciones en el ciclo enzimático TCA de isocitrato deshidrogenasa (IDH1 e IDH2) en las células tumorales de los pacientes con glioblastoma (cáncer cerebral) y leucemia mieloide aguda (AML, acute myeloid leukemia). Estas mutaciones provocan que la enzima pierda su actividad normal de convertir isocitrato en α-cetoglutarato (fig. 5.7) y en su lugar convierten el sustrato en un metabolito anormal llamado 2-hidroxiglutarato (2-HG), que se acumula en niveles altos en el tumor. La concentración elevada de 2-HG repercute en diversos procesos como la desmetilación de las histonas y en la metilación del DNA. Se supone que la alteración de estos procesos epigenéticos probablemente provoca regulación aberrante de la expresión génica en las células tumorales.
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Oncogenes que codifican de productos que afectan la apoptosis La apoptosis es uno de los mecanismos clave del cuerpo para deshacerse de células tumorales en etapa temprana de su progresión hacia la malignidad. Por consiguiente, es de esperar que cualquier alteración que atenúe la capacidad de una célula para destruirse a sí misma eleve la probabilidad de que esa célula dé origen a un tumor. Esto fue evidente en la exposición anterior del cometido de la vía PI3K/PKB en la supervivencia celular y la carcinogénesis (pág. 678). Con esta idea en mente no sorprende que ambas PI3K y PKB, son codificadas por oncogenes documentados.5 El oncogén con una relación más estrecha con la apoptosis es BCL-2, que codifica una proteína unida a la membrana que inhibe la apoptosis (pág. 659).
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La función de BCL-2 en la apoptosis se revela con mayor claridad en los fenotipos de ratones en los que se eliminó el gen Bcl-2. Una vez formados, los tejidos linfoides de estos ratones presentan una regresión drástica como resultado de la apoptosis diseminada. Al igual que MYC, el producto del gen BCL-2 se vuelve oncogénico cuando se expresa en niveles mayores de lo normal, como sucede cuando el gen se traslada a un sitio anormal del cromosoma. Ciertos tipos de cánceres linfoides de humanos (llamados linfomas foliculares de linfocitos B) se vinculan con la translocación del gen BCL-2 a un gen que codifica la cadena pesada de moléculas de anticuerpos. Se ha sugerido que la expresión exagerada del gen BCL-2 conduce a la supresión de la apoptosis en los tejidos linfoides, lo que permite que las células anormales proliferen para formar neoplasias linfoides. El gen BCL-2 también puede participar en la reducción de la eficacia de la quimioterapia porque mantiene a las células vivas y en proliferación a pesar del daño por el tratamiento farmacológico.
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En las páginas anteriores se expusieron algunos de los supresores tumorales más importantes y oncogenes implicados en la tumorogénesis. La figura 16.18 constituye un resumen simplificado de algunas de estas proteínas y las vías de señalización en que operan. Los supresores tumorales y vías supresoras tumorales se muestran en rojo, los oncogenes y vías promotoras tumorales se muestran en azul. Las funciones básicas de cada supresor tumoral y oncogén mostrado en la figura se indican en el pie de la figura 16.18. La notable diversidad de actividades proteínicas que pueden contribuir a la génesis tumoral se hace evidente en esta figura.
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El fenotipo mutador: genes mutantes participantes en la reparación del DNA
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Si se considera al cáncer como una enfermedad consecutiva a las alteraciones en el DNA de las células somáticas, se infiere que cualquier actividad que incremente la frecuencia de las mutaciones genéticas eleva la probabilidad del riesgo de desarrollar cáncer. Como se explica en el capítulo 13, los nucleótidos que presentan alteraciones químicas o los que se incorporan de manera incorrecta durante la replicación se eliminan en forma selectiva de la cadena de DNA mediante la reparación del DNA. Los procesos de reparación de DNA requieren los esfuerzos conjuntos de una cantidad considerable de proteínas, incluidas las que reconocen la lesión, aquellas que retiran una porción de la cadena que contiene la lesión y las que sustituyen el segmento faltante con nucleótidos complementarios. Si cualquiera de estas proteínas es defectuosa, puede esperarse que la célula afectada presente un índice demasiado alto de mutaciones que se describe como “fenotipo mutador”. Es probable que las células con fenotipo mutador incurran en mutaciones, tanto en genes supresores tumorales como en oncogenes, lo que incrementa en forma notable el riesgo de volverse malignas.
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MicroRNA: nuevos participantes en la genética del cáncer
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En la sección 11.5 se menciona que los microRNA son diminutos RNA reguladores que controlan de manera negativa la expresión de los mRNA blanco. Dado que el cáncer ocurre como resultado de expresión génica anormal, no sería sorprendente descubrir que los miRNA participan de algún modo en la carcinogénesis. En 2002 se informó que el locus que codifica dos microRNA, miR-15a y miR-16, sufrían deleción o subexpresión en la mayor parte de los casos de leucemia linfocítica crónica. Después se mostró que estos dos miRNA inhiben la expresión del mRNA que codifica la proteína antiapoptósica BCL-2, un conocido protooncogén. En ausencia de los miRNA, la proteína BCL-2 oncogénica se sobreexpresa, lo que promueve el desarrollo de leucemia. Como inhiben la carcinogénesis, los genes que codifican estos dos miRNA pueden considerarse supresores tumorales. Cuando las células leucémicas que carecen de miR-15a y miR-16 se manipularon por ingeniería genética para reexpresar estos RNA, sufrieron apoptosis, como se esperaría si se restaurara una actividad supresora tumoral faltante. El locus que codifica miR-15a y mi-R16 también se pierde en otros tipos de cánceres, lo que sugiere que tiene una importancia amplia en la supresión tumoral. También se ha demostrado que la expresión de dos de los oncogenes humanos más importantes, RAS y MYC, se inhibe por un miRNA, a saber let-7, que fue el primer miRNA descubierto (pág. 459).
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Algunos miRNA actúan más como oncogenes que como supresores tumorales. Por ejemplo, un conjunto específico de genes miRNA se sobreexpresa durante la formación de determinados linfomas. La expresión excesiva de estos miRNA puede ocurrir porque el conjunto de genes que los codifica tiene mayor cantidad (amplificado) en las células tumorales, o puede ocurrir porque el grupo de genes se transcribe en forma excesiva como resultado de factores de transcripción demasiado activos, incluyendo MYC. Cuando se realizan modificaciones genéticas a ratones para que expresen en demasía estos miRNA particulares, los animales desarrollan linfomas, como se esperaría si los genes que los codifican actuaran como oncogenes. La sobreexpresión es oncógena cuando los miRNA se dirigen hacia los mRNA de los genes supresores tumorales críticos, como TP53. Al parecer este es el caso de muchos neuroblastomas donde el gen TP53 no se encuentra mutado, pero tampoco se expresa normalmente. La expresión anormal de los miRNA también está implicada como factor causal en la invasividad tumoral y la metástasis, lo que eleva aún más el interés en estos RNA.
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Aún no es clara la importancia de los miRNA para la ocurrencia global de cáncer humano, pero varios estudios con micromatrices (microarreglos) en que se analizan grandes cantidades de estos diminutos RNA reguladores sugieren que la mayor parte de los cánceres del ser humano tienen un perfil de expresión de miRNA característico, como también tienen un perfil de expresión de mRNA característico. Estudios sugieren que los perfiles de expresión de miRNA podrían servir como biomarcadores sensibles y precisos para identificar el tipo exacto de tumor que tiene una persona y la mejor forma de tratamiento. Estos estudios también sugieren que quizá los miRNA pueden servir como dianas potenciales del tratamiento contra el cáncer. Por ejemplo, quizá sea posible tratar a pacientes con RNA sintético que actúan como “esponjas de miRNA”. Los RNA terapéuticos de este tipo tendrían secuencias complementarias a las secuencias de los miRNA oncógenos y actuarían fijando y secuestrando estos miRNA, bloqueando de esta manera su actividad carcinógena.
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Todos los cánceres surgen como resultado de alteraciones genéticas. Como dejó en evidencia la explicación previa, los genes implicados en la oncogénesis constituyen un subgrupo específico del genoma cuyos productos participan en actividades como el avance de una célula en el ciclo celular, la adhesión de una célula con sus vecinas, apoptosis y reparación del daño en el DNA. En total, se han identificado cerca de 350 genes diferentes como “genes cancerosos”, es decir, genes considerados con alguna participación causal en el desarrollo de al menos un tipo de tumor maligno. En los últimos años se ha hecho un esfuerzo concertado para determinar cuáles de estos genes se encuentran alterados, ya sea por mutación puntual, translocación, deleción o duplicación, en varios tipos de tumores. Este esfuerzo se favoreció con los avances recientes en la secuenciación del DNA que permiten a los investigadores conocer las secuencias de nucleótidos de regiones específicas del genoma con mucha mayor rapidez y a menor costo que antes.
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Se esperaba que la mayor parte de los cánceres se caracterizara por alteraciones en un número relativamente pequeño de genes. Por ejemplo, desde hace tiempo se sabía que un alto porcentaje de melanomas tiene genes BRAF mutantes, y una proporción alta de cánceres colorrectales tiene genes APC mutantes. Asimismo, los diversos tipos de leucemias se caracterizan por translocaciones específicas, por ejemplo, la translocación BCR-ABL en la CML (pág. 690). En todos estos casos, tales mutaciones ocurren en una etapa temprana del desarrollo tumoral y se cree que son cruciales para conducir a la célula a un estado maligno final. Sin embargo, los resultados de los estudios iniciales de los genomas cancerosos sugieren que los mismos tipos de tumores tomados de distintos pacientes tienen combinaciones muy divergentes de genes anormales. Se supone que esta observación refleja las múltiples vías distintas que pueden tomar los tumores individuales para escapar de las protecciones antitumorales normales de la célula. Tales hallazgos pueden presentarse como se muestra en la figura 16.19, donde los genes mutados identificados en una gran cantidad de cánceres colorrectales se muestran como picos dentro de un “paisaje de mutaciones” bidimensional. La altura de los distintos picos refleja la frecuencia con la que muta un gen particular en ese tipo determinado de cáncer. Con este tipo de presentación resulta evidente que una pequeña cantidad de genes muta en un alto porcentaje de tumores; estos genes pueden considerarse como “montañas” en el paisaje. En su mayoría, estos son los oncogenes en los que, por años, se han enfocado los investigadores del cáncer. Cada tipo de cáncer tiene su propio complemento característico de genes frecuentemente mutados. En el caso de los cánceres colorrectales de ser humano, los tres genes mutados con mayor frecuencia que se muestran en la figura 16.19, APC, KRAS y TP53, tienden a mutar en diferentes fases del cáncer (fig. 16.20). En más de 60% de los adenomas benignos más pequeños de colon se observan mutaciones en ambas copias del gen APC, lo que sugiere que las mutaciones de este gen a menudo representan el primer paso en la formación del cáncer de colon. Los adenomas más grandes, así como los tumores celulares en las primeras fases de malignización, tienden a contener mutaciones en uno de los oncogenes RAS, llamado KRAS. Por el contrario, el gen TP53 tiende a mutar (o a ser silenciado desde el punto de vista epigenético) únicamente en las últimas fases, cuando el tumor es claramente maligno. Las células que exhiben inestabilidad cromosómica, que se refleja por un cariotipo cada vez más anormal, aparecen únicamente después de estas mutaciones en KRAS.
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Las figuras 16.19 y 16.20 ilustran la manera como un número pequeño de genes tiende a mutar con una frecuencia relativamente elevada en el cáncer colorrectal. Sin embargo, un número sorprendentemente grande de genes muta a una menor frecuencia (en menos de 5 % de los casos); éstos se han descrito como “colinas”. Existen cerca de 50 genes diferentes que representan las colinas en el panorama mutacional de los cánceres colorrectales de la figura 16.19. Si bien se supone que los genes que mutan con mayor frecuencia (montañas) son factores importantes para que las células sean malignas, la función de los genes que mutan con menor frecuencia (colinas) es controversial. Muchos de los genes representados por colinas seguramente tienen una función causal estableciendo las propiedades del fenotipo maligno, aunque ofrezcan al tumor una pequeña ventaja selectiva. Las mutaciones que ocasionan o contribuyen al fenotipo maligno se describen como conductoras. Otros genes que constituyen una colina sencillamente representan “pasajeros”, es decir, genes que tienden a mutar por alguna razón pero que carecen de efectos sobre el fenotipo de la célula cancerosa. Establecer cuáles genes son conductores y cuáles con simplemente pasajeros, es una tarea abrumadora. Además de los genes de las montañas y colinas, existe un gran número de genes que se muestran en estado mutante con una frecuencia muy reducida en una población de tumores. Las mutaciones de este tipo se observan en la figura 16.19 como los pequeños círculos diseminados en cada paisaje fuera de la base de una colina o montaña. Los genes mutados de este tipo supuestamente son producto de la inestabilidad genética global que caracteriza a las células cancerosas.
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La figura 16.19a,b muestra los paisajes de mutación de tumores colorrectales de dos sujetos distintos. En promedio, un tumor individual contuvo cerca de 80 mutaciones distintas. El examen minucioso de la ubicación de los círculos blancos en ambos paisajes indica que sólo un pequeño número de genes mutados en estos cánceres son compartidos por ambos individuos. Por lo tanto, de cierta manera cada persona sufre su propio tipo de enfermedad. Incluso en un mismo paciente las lesiones metastásicas que se han diseminado hacia distintas regiones del cuerpo, poseen complementos muy distintos de genes mutados. Estas diferencias supuestamente reflejan los cambios genéticos diferentes que ocurren durante el crecimiento de cada tumor secundario.
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A partir de este y otros estudios en diferentes tipos de cáncer resulta evidente que el paisaje de mutaciones en el genoma canceroso es muy complejo. Sin embargo, un análisis más cercano de las mutaciones que constituyen las montañas y colinas sugiere que la mayoría de estas grandes cantidades de genes codifica proteínas que participan como componentes de un número relativamente pequeño de vías. En un estudio de personas con cáncer pancreático, que es uno de los tipos más letales y menos tratables, se encontraron mutaciones en más de 60 genes, pero casi todos afectaban un conjunto central de 12 vías o procesos celulares (cuadro 16.2). Lo más importante, la mitad de estas vías/procesos estaba alterada en todas las muestras tumorales. En un estudio comparable de glioblastoma, la forma más frecuente de cáncer cerebral, la mayor parte de los tumores presentaba mutaciones que afectaban tres vías principales: p53, pRB y PI3K. Por lo tanto, como se explica en otra parte de este capítulo, el cáncer puede considerarse no sólo como una enfermedad de genes anormales, sino como una de vías celulares anormales. Las mutaciones en cualquiera de varios genes alteran la misma vía y por lo tanto, tiene la misma consecuencia para las células. Por ejemplo, la vía PI3K en el cáncer mamario se puede activar por mutaciones en la subunidad catalítica de PI3K (PIK3CA), por amplificación del receptor del factor de crecimiento HER2, por mutaciones en el efector de PI3K, PKB (AKTI) o por la pérdida del antagonista de PI3K, PTEN. Algunas de las vías más prominentes que tienden a encontrarse desreguladas en distintos tipos de cáncer, se muestran en la figura 16.18. La consideración del cáncer como una enfermedad de una “vía” en lugar de una enfermedad “genética” genera más optimismo entre los desarrolladores de fármacos porque sugiere que la interrupción de cualquiera de los pasos clave en una sola vía esencial podría ser suficiente para descarrilar a las células malignas y conducir a la regresión tumoral.
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Antes de dejar el tema de la genética del cáncer hay que señalar que no todos comparten la visión presentada aquí, es decir, que el cáncer es una progresión gradual de múltiples pasos con mutaciones puntuales individuales. Algunos investigadores argumentan que el índice de mutaciones en los seres humanos no es lo bastante alto para que las células acumulen las mutaciones necesarias para completar la transformación maligna durante la vida de un individuo. En lugar de ello, propusieron que la carcinogénesis se inicia por fenómenos catastróficos que conducen a la inestabilidad genética diseminada en una cantidad relativamente pequeña de divisiones celulares. Por ejemplo, las mutaciones en un gen participante en la replicación del DNA o la reparación del DNA, como ocurre en los casos de HNPCC, podrían engendrar células en poco tiempo que portarán grandes anomalías genéticas. De acuerdo con otra proposición, las células que pasaron por una división celular anormal y tienen cantidades anormales de cromosomas son los iniciadores probables de neoplasias cancerosas. La mejor forma de decidir entre estas posibilidades es analizar el estado del genoma en las células en etapas muy tempranas del desarrollo de los tumores. Por desgracia, para el interés de los investigadores y los pacientes con cáncer, es imposible identificar los tumores cuando están compuestos por una pequeña cantidad de células. Para el momento en que se reconocen las anomalías, las células ya tienen un alto grado de alteraciones genéticas, lo que dificulta confirmar si estas anomalías genéticas son la causa o un efecto del crecimiento tumoral.
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Análisis de la expresión génica
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En la página 515 se describió una tecnología para analizar la expresión génica utilizando micromatrices de DNA (o chips de DNA). En pocas palabras, se prepara una laminilla de vidrio que puede contener desde unos cuantas hasta miles de manchas de DNA, cada mancha contiene el DNA correspondiente a un solo gen conocido. En una micromatriz de DNA puede incluirse cualquier conjunto particular de genes, como los que se consideran implicados en el crecimiento y división, o los que participan en el desarrollo y diferenciación de los linfocitos u otro tipo de célula. Una vez preparada, la micromatriz se incuba con cDNA que incluyen una marca fluorescente, sintetizados a partir de mRNA de una población particular de células, como las de una masa tumoral que se extirpó en una intervención quirúrgica o de las células cancerosas sanguíneas de un paciente con leucemia. El cDNA con marca fluorescente se hibrida con las manchas de DNA complementario inmovilizado en la laminilla y el análisis ulterior del patrón de fluorescencia informa a los investigadores cuáles mRNA están presentes en las células tumorales, así como su abundancia relativa en la población de mRNA.
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Los estudios con micromatrices de DNA mostraron que los perfiles de expresión génica pueden aportar información invaluable sobre las propiedades de un tumor. Por ejemplo, se encontró que (1) la progresión de un tumor se relaciona con un cambio en la expresión de genes particulares; (2) que ciertos cánceres que parecen similares según los criterios convencionales pueden dividirse en subtipos con características clínicas diferentes con base en sus perfiles de expresión génica; (3) que el perfil de expresión génica del tumor de un paciente particular puede revelar qué tan agresivo (qué tan letal) es probable que sea el cáncer, y (4) que el perfil de expresión génica del tumor de un paciente individual puede aportar indicios sobre el tipo de estrategia terapéutica con mayor probabilidad de inducir la regresión del tumor. Algunos de estos aspectos se describen con más detalle.
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La figura 16.21 muestra los niveles de transcripción de 50 genes distintos en dos tipos distintos de leucemia: leucemia linfoblástica aguda (ALL) y leucemia mieloide aguda (AML). Los genes utilizados en esta figura, que se nombran de lado derecho, son aquellos cuya transcripción mostró la mayor diferencia entre estos dos tipos de células sanguíneas cancerosas. Cada columna representa los resultados de un solo paciente con ALL o AML, por lo que las columnas permiten comparar las similitudes en la expresión del gen entre un paciente y otro. Los niveles de expresión génica están indicados por el azul oscuro (nivel más bajo) al rojo oscuro (nivel más alto). La mitad superior de la figura identifica genes que se transcriben mucho más en las células de ALL, mientras que la mitad inferior identifica genes que se transcriben a un nivel mucho mayor en células de AML. Tales estudios demuestran que hay muchas diferencias en la expresión génica entre distintos tipos de tumores, algunas de las cuales pueden correlacionarse con diferencias biológicas y clínicas entre los tumores; por ejemplo, uno proviene de una célula mieloide y el otro de una linfoide (fig. 17.6). Sin embargo, la mayor parte de las diferencias no pueden explicarse. Por ejemplo, ¿por qué el gen que codifica la catalasa (el último gen de la lista) se expresa poco en ALL y mucho en AML? Incluso si estos estudios no pueden responder tal interrogante, pueden aportar a los investigadores del cáncer una lista de los genes que deben valorar con mayor cuidado como blancos potenciales para tratamientos farmacológicos.
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Mientras más temprano se descubra el cáncer, es más probable que una persona se cure; este es uno de los principios cardinales del tratamiento para el cáncer. Aun así, cierto porcentaje de tumores resulta letal, aunque se descubran y extirpen en una etapa temprana. Por ejemplo, algunos cánceres mamarios en etapa temprana ya contienen células capaces de sembrar la formación de tumores secundarios (metástasis) en sitios distantes, pero otros no. Tales diferencias determinan el pronóstico de la paciente. En un estudio crucial por un equipo de investigadores holandeses en 2002 se encontró que es probable que el pronóstico de un cáncer mamario determinado se revele en el nivel de expresión de alrededor de 70 genes de los miles que se estudiaron en las micromatrices de DNA (fig. 16.22). Este hallazgo tiene aplicaciones clínicas importantes para guiar el tratamiento de pacientes con cáncer mamario. Las pacientes con tumores tempranos que tienen un perfil de “mal pronóstico” con base en el patrón de expresión génica (fig. 16.22a) pueden tratarse de manera agresiva con quimioterapia para maximizar la probabilidad de prevención de tumores secundarios. Si no se consideran los datos de la expresión génica, es probable que estas personas no reciban algún tipo de quimioterapia porque no hay indicación para hacerlo si se usan los criterios convencionales de que el tumor no se ha diseminado. Por el contrario, las pacientes con tumores que presentan un perfil de “buen pronóstico” podrían evitar los agentes quimioterapéuticos más debilitantes, incluso si sus tumores parecen más avanzados (fig. 16.22b). En años recientes, varias compañías introdujeron pruebas de laboratorio (p. ej., MammaPrint y Oncotype DX) para analizar perfiles de expresión génica de cánceres mamarios individuales como ayuda a fin de guiar el mejor curso terapéutico para estas pacientes. Aunque dichas pruebas pronósticas se han utilizado mucho en los últimos años, su validez todavía se evalúa en grandes estudios clínicos. Se espera que pronto puedan utilizarse los perfiles de expresión génica para mejorar el diagnóstico y optimizar el tratamiento de pacientes individuales con todos los tipos de cáncer.
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REVISIÓN
Compare un tumor benigno con uno maligno; los genes supresores tumorales con los oncogenes; las mutaciones con acción dominante y las que actúan en forma recesiva; los protooncogenes y los oncogenes.
¿A qué se refiere la afirmación de que el cáncer es resultado de una progresión genética?
¿Por qué se describe a p53 como el “guardián del genoma”?
Mencione tres mecanismos mediante los cuales actúa p53 para prevenir que una célula se torne maligna.
¿Cómo pueden usarse las micromatrices de DNA para identificar el tipo de cáncer que sufre un paciente?, ¿cómo podrían emplearse para optimizar el tratamiento del cáncer?
¿Qué tipos de proteínas codifican los protooncogenes y de qué manera las mutaciones en cada tipo de protooncogén hacen que una célula se vuelva maligna?
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