Biología Molecular del Cáncer Renal. Aportaciones recientes del

BIOLOGIA MOLECULAR DEL CANCER RENAL. APORTACIONES RECIENTES DEL ANALISIS
PROTEOMICO Y CON MICROMATRICES DE TEJIDO.
Angel Panizo Santos. Depto. Anatomía Patológica. Clínica Universitaria de
Navarra.
El carcinoma de células renales representa el 80 al 85% de todos los tumores malignos
del riñón. Clásicamente el carcinoma renal se ha caracterizado por ser un tumor de
comportamiento biológico imprevisible y esquivo a diferentes pautas terapéuticas. Esto
se debe a la ausencia de conocimientos exactos sobre su etiología, un curso clínico
muy variable con manifestaciones clínicas poco usuales y por su resistencia en
estadios avanzados a las diferentes modalidades de tratamiento.
El pronóstico de los pacientes diagnosticados de carcinoma renal ha mejorado
sensiblemente. Así, se ha pasado de una supervivencia del 36-39% a los 5 años en la
década de los 60 a una supervivencia a 5 años del 50-60 % en los comienzos de la
década de los 90. Sin embargo, el carcinoma renal en estadios avanzados es aun un
tumor asociado con una supervivencia muy limitada: entre el 90 y el 95 % de estos
pacientes (estadios IV) fallecen en un intervalo de 5 años tras el diagnóstico y
presentan una mediana de supervivencia entre 7 y 11 meses.
Los cambios genéticos y moleculares de cada tipo de los carcinomas renales son
generalmente únicos y característicos para cada tipo morfológico, y por tanto son
útiles para el diagnóstico molecular tanto del tumor primario como de sus metástasis.
A pesar de estos importantes avances en el conocimiento de la biología molecular del
cáncer renal, aun hoy no se dispone de un marcador biológico que sea útil en el
diagnóstico precoz de este tipo de neoplasia.
El carcinoma renal es un tumor que responde poco tanto al tratamiento quimioterápico
convencional, a la radioterapia y a la inmunoterapia y no hay un fármaco que se
considere estándar para su tratamiento. Debido a estos hechos el estudio de los
mecanismos moleculares de esta resistencia así como la investigación en nuevos
fármacos está justificada. Por tanto la existencia de factores relacionados tanto con
el paciente como con el tumor en si que permitan predecir la respuesta el tratamiento
y por consiguiente la supervivencia podría permitir la identificación de subgrupos
respondedores y aquellos que no se beneficiaran del tratamiento habitual. De esta
forma las nuevas técnicas moleculares aplicadas la estudio de los carcinomas renales
nos ayudarán tanto en el diagnóstico precoz, al pronóstico como en el tratamiento.
Las técnicas de proteómica ofrecen la posibilidad del análisis simultaneo de miles de
proteínas en tejidos o células. Los patrones que se obtienen mediante la técnica de
proteómica nos detallan tanto cuantitativa como cualitativamente el estado metabólico,
proliferativo o de diferenciación de la célula. Los cambios en el patrón de proteínas
de las células durante la carcinogénesis se han estudiado hasta ahora con las técnicas
de Western blot o inmunohistoquímica. Con estas técnicas solo es posible estudiar unas
pocas proteínas simultáneamente. Como las proteínas definen el fenotipo de una célula
(morfología y función celular), el patrón de expresión de proteínas es el más
típicamente característico y puede ser empleado en la clasificación celular.
Con las técnicas de proteómica, las proteínas extraídas de las células o tejidos
analizados, son separadas mediante geles bidimensionales de electroforesis de alta
resolución, y tras identificar las proteínas en el gel, éstas son reconocidas mediante
su secuencia de aminoácidos. La facilidad, sensibilidad y rapidez con la que las
proteínas separadas en el gel se pueden identificar ha sido gracias al desarrollo de
las técnicas de espectrometría de masas. Una de las características más atractivas de
las técnicas de proteómica es la posibilidad de analizar sistemas biológicos complejos
en su globalidad de forma simultanea, en vez de realizar multitud de análisis
individuales de cada uno de sus componentes.
Hay 3 razones principales para que el análisis proteómico sea un componente esencial
en el análisis de sistemas biológicos: 1) los niveles de expresión de proteínas no se
pueden predecir a partir de los niveles de expresión de mRNA, ya que existe una
tendencia pero no una fuerte correlación entre proteína y niveles de transcripción; 2)
las proteínas se modifican y procesan dinámicamente tras su traducción desde el mRNA
(glicosilación, fosforilación, prenilación, acilación, ubiquitinacion, etc.), de forma
que no necesariamente pueden ser derivadas de su secuencia génica; 3) el proteoma es
dinámico y refleja el estado de un sistema biológico, por lo que las técnicas de
proteómica son capaces de proporcionar la descripción molecular más precisa y
detallada de una célula o tejido en un momento determinado. Sin embargo existen
diferentes dificultades en el análisis de las proteínas que dificultan esta tarea: 1)
las proteínas no pueden amplificarse como se hace con el DNA o RNA para su estudio.
Este hecho hace que las técnicas empleadas deban tener una gran sensibilidad. 2)
Muchas proteínas se modifican y procesan después de su traducción desde el mRNA, por
lo que además de identificar las proteínas, hay que determinar sus diferentes
isoformas que aparecen en el sistema biológico estudiado.
La técnica más empleada en el análisis de proteómica se basa en la separación de las
proteínas en geles bidimensionales de electroforesis (1º enfoque isoeléctrico y 2º
peso molecular) que tiene una sensibilidad de 50 pmol a 100 pmol y su posterior
identificación y análisis mediante espectrometría de masa. Mediante esta técnica es
posible estudiar en un solo experimento la expresión de todas las proteínas de un
determinado sistema biológico o celular.
En los últimos años se ha producido un auge en el empleo de las técnicas de proteómica
para el estudio en diferentes tipos de tumores nuevos marcadores tumorales
diagnósticos y/o pronósticos. Entre los tumores en los que se ha aplicado estas
técnicas destacan: cáncer colorectal, cáncer de mama, carcinoma de pulmón, y cáncer de
vejiga. En todos estos estudios se han logrado identificar nuevas proteínas
específicas de cada tipo tumoral, que en la actualidad están siendo probadas en
diferentes ensayos como marcadores biológicos tumorales o como dianas sobre las que
van a actuar diferentes quimioterápicos.
Por tanto, en el campo de investigación del cáncer, las técnicas de proteómica son
una estrategia muy útil para la descripción del fenotipo de las células tumorales y
para buscar nuevos marcadores, al comparar este fenotipo tumoral con el fenotipo de
las células provenientes del tejido normal. Basado en estos hechos, algunos trabajos
están aplicando la tecnología y los datos obtenidos del estudio proteómico en tumores
para crear modelos artificiales de aprendizaje con redes neuronales y modelos
matemáticos, que sean potencialmente útiles en la clasificación de los tumores, así
como en su predicción pronóstica y su probable respuesta al tratamiento.
Debido a la naturaleza multifactorial del cáncer renal y a su compleja naturaleza, es
muy posible que sean necesarios varios marcadores para predecir con exactitud su
comportamiento biológico. Así mediante las
técnicas de proteómica es posible el
estudio de nuevos marcadores diagnósticos, marcadores pronósticos y marcadores
predictivos que nos ayuden en el diagnóstico, pronóstico y la elección de una
determinada modalidad terapéutica, ya que el genotipo y la mayor parte de las
funciones celulares están en relación con las proteínas.
Sin embargo, con relación al carcinoma renal, son escasos todavía los trabajos que
emplean estas técnicas moleculares para comparar el patrón proteómico entre riñón
normal y carcinoma renal. Estos trabajos han podido identificar una serie de proteínas
asociadas con el carcinoma renal. Estas incluyen proteínas mitocondriales, tales como
ubiquinol citocromo reductasa y
NADH-ubiquinone oxidoreductasa que se expresan el
tejido normal renal y están ausentes en el carcinoma renal; y proteínas enzimáticas
que juegan un papel importante en el control de los cambios redox y destoxificación, y
enzimas del metabolismo de los carbohidratos.
Otros estudios de proteómica comparando tejido renal normal y carcinoma renal han
hallado algunas proteínas muy disminuidas o ausentes en los carcinomas (enoyl-coA
hidratasa, α-glycerol-3 fosfato dehidrogenasa, aldehydo dehidrogenasa I, y
aminoacylasa-I) y otras que se hallan sobreexpresadas (anexinas I y IV, timidinfosforilasa (TP), triosafosfato isomerasa-1, Mn-superoxido dismutasa y major vault
protein-MVP).
Estos estudios presentan, sin embargo, varias limitaciones: a) número muy escaso de
casos; b) no hacen referencia en los resultados a los diferentes tipos morfológicos de
carcinoma renal o se centran exclusivamente en el carcinoma de células claras y las
posibles diferencias en el patrón proteómico; c) los resultados obtenidos con las
técnicas de proteómica en los casos estudiados no han sido validados posteriormente en
suero o tejido mediante otras técnicas, tales como inmunohistoquímica, ELISA, etc; d)
y por último, se centran casi exclusivamente en el patrón diferencial de las proteínas
mitocondriales.
Las micromatrices de tejido o como se denominan comúnmente “Tissue microarray (TMA)”
es una nueva metodología que permite el análisis simultaneo de gran número de muestras
mediante técnicas de inmunohistoquímica o
hibridación in situ, para estudiar
proteínas, DNA o RNA. Mediante esta técnica es posible validar los numerosos datos
obtenidos con las técnicas moleculares (cDNA microarrays o proteómica). En el campo
de la patología neoclásica renal, las técnicas de micromatrices de tejido están siendo
empleadas para validar los resultados que se están obteniendo con los cana arras, así
como
para
estudiar
en
grandes
series
la
utilidad
de
nuevos
marcadores
inmunohistoquímicos en el diagnóstico diferencial y como marcadores pronósticos.
Recientemente también se están valorando mediante esta técnica una serie de proteínas
que podrían ser dianas terapéuticas.
La biología de cáncer renal es probablemente muy compleja en el ámbito molecular. A
nivel protéico es por tanto muy complicado encontrar una única proteína que esté forma
universal disregulada en todos los carcinomas renales. Por tanto, parece plausible
que estos cambios tan heterogéneos se puedan agrupar en “clusters” de vías celulares
específicas que sean importantes en el mantenimiento y progresión del cáncer renal.
Los resultados obtenidos con las técnicas de proteómica y validados posteriormente con
inmunohistoquímica o hibridación in situ en las micromatrices de tejido sugieren que
se debe buscar un panel de marcadores protéicos tumorales específicos del carcinoma de
células renales, que pueda ser empleado en el diagnóstico, pronóstico y como diana
terapéutica, en vez de buscar un único marcador específico del cáncer renal.
Beca F.I.S. 02/0835
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