TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA Y PROGRESIÓN TUMORAL Patricia Bernal Bravo Sara Gil Rodríguez ÍNDICE 3.Introducción 4.Uniones celulares 5.Cadherinas 6.Snail 7.Transición epitelio-mesénquima (TEM) 8.Conclusiones 9.Bibliografía TIPOS DE CÁNCER MÁS COMUNES -Sarcoma: tumor maligno originado en tejidos conectivos -Leucemia: aumento en los niveles de leucocitos, afecta a sangre y médula ósea -Linfoma: cáncer del sistema linfático, afecta a los linfocitos -Carcinoma: tumor maligno originado en células epiteliales (80%) EVENTOS COMUNES EN CÉLULAS CANCEROSAS -Autosuficiencia en señales de proliferación -Evasión de muerte celular -Limitación del potencial replicativo -Angiogénesis aberrante -Invasión tisular y metástasis Estas capacidades hacen que las células tumorales sean entidades autónomas capaces de propagarse por todo el organismo PASOS DEL PROCESO DE METÁSTASIS PASOS DEL PROCESO DE METÁSTASIS -Invasión, requiere de células epiteliales neoplásicas, con pérdida de la adhesión célula-célula, ganancia de motilidad y capacidad de invadir tejidos adyacentes -Intravasación, las células tumorales penetran a través del endotelio y pasan a la sangre o a vasos linfáticos -Extravasación, a través del endotelio capilar, en sitios distintos a su origen -En el nuevo entorno, un pequeño grupo de células metastásicas proliferan (micrometástasis), apareciendo un tumor maligno, secundario PASOS PRINCIPALES EN LA TEM -Pérdida de polaridad epitelial y adhesión célulacélula y célulamatriz -Adquisición de fenotipo fibroblastoide y migratorio. Requiere reorganización del citoesqueleto Immunofluorescence labeling of NBT-II cells Before and after EGF induction showing the loss of desmosomes, as visualized with an antibody against desmoplakin. - Pérdida de proteínas específicas de epitelio, como E-cadherina e inducción de marcadores mesenquimáticos como vimentina UNIONES CELULARES 1.Uniones ocluyentes 2.Uniones adherentes 3.Uniones comunicantes (gap) UNIONES CELULARES 1.Uniones ocluyentes ·Componente más apical del complejo de unión entre células epiteliales ·Constituido por la proteína transmembranaria ocludina, asociada con las proteínas de zonula ocludens (ZO-1, ZO-2 y ZO-3) UNIONES CELULARES 2. Uniones adherentes · Forman adhesiones laterales entre células epiteliales a través de proteínas que se unen al citoesqueleto de células contiguas 2.a. Zonula adherens, interacciona con la red de filamentos de actina dentro de la célula (célula-célula) 2.b. Desmosomas, interaccionan con los filamentos intermedios (célula-célula) 2.c. Contactos focales, anclan los filamentos de actina del citoesqueleto a la membrana basal (célula-matriz) 2.d. Hemidesmosomas, anclan filamentos intermedios del citoesqueleto a la membrana basal (célula-matriz) UNIONES CELULARES 2.a. Zonula adherens 2.b. Desmosomas Compuesta por la molécula de adhesión E-cadherina, una proteína integral de membrana Estructura que proporciona una adherencia muy fuerte, no continua. Compuesta por proteínas como desmoplaquina y placoglobina UNIONES CELULARES 2.c. Contactos focales - Cara citoplasmática a la que se unen los filamentos de actina - Región transmembranaria - Cara extracelular que se une a las glucoproteínas de la matriz (laminina y fibronectina) Su componente principal son las integrinas, que interaccionan con proteínas fijadoras de actina (α-actinina, vinculina, talina, paxilina) UNIONES CELULARES 2.d. Hemidesmosomas Localizadas en la superficie celular basal Formado por una placa adhesión en el lado citoplasmático 3. Uniones comunicantes Acumulación de poros o canales transmembranarios dispuestos muy juntos, denominados conexones Permiten el intercambio de iones, moléculas reguladoras y metabolitos pequeños INTEGRINAS -Sirven como nexos transmembranarios entre la matriz extracelular y el citoesqueleto -Importantes en vías de señalización, regulando la proliferación, diferenciación y la apoptosis -Regulan la morfogénesis y la TEM inducida por factores de crecimiento -Los heterodímeros α/β muestran una capacidad específica de unión a ligandos como fibronectina y procolágeno. METALOPROTEINASAS DE MATRIZ (MMPs) Son endopeptidasas dependientes de zinc, compuestas al menos por: -Un pro-dominio (las mantiene como proenzimas latentes) -Un dominio catalítico -Un dominio con el sitio activo altamente conservado. Posee un motivo que contiene tres residuos de histidina implicados en la unión del zinc, necesario para la actividad de las MMP Degradan los componentes de la matriz extracelular y también citocinas, receptores para factores de crecimiento y moléculas de adhesión METALOPROTEINASAS DE MATRIZ (MMP) - Las MMP más inducibles contienen un elemento regulador en cis AP-1 en su promotor. Algunos promotores contienen una región que se une a factores de transcripción de la familia ETS -La producción de enzimas catalíticas requiere la eliminación proteolítica del prodominio -Las MMP se secretan o anclan a la membrana celular por un dominio transmembranario -Casi todas las MMP poseen un dominio que les confiere la especificidad de sustrato - Se pueden dividir en: colagenasas, estromalisinas, queratinasas y MT-MMP (transmembrana), basadas en la preferencia por el sustrato -Casi todas se expresan tanto en tejidos normales como en tejidos tumorales; otras sólo en tejidos tumorales como la estromalisina-1 (MMP-3) -Se expresan durante el desarrollo y en procesos que requieren migración celular y remodelación tisular - La inducción de su expresión se lleva a cabo por: citocinas, factores de crecimiento, modificaciones del ambiente celular e interacciones célula-célula CADHERINAS - Hay varios tipos de moléculas que pueden mediar la adhesión celular. Las cadherinas son moléculas de adhesión dependientes de calcio -Tipos de cadherinas: · N-cadherina: cadherina neural. Aparece en células del mesodermo durante la gastrulación cuando las células pierden la expresión de Ecadherina. Hay una gran expresión de estas moléculas en el SNC en desarrollo. · P-cadherina: cadherina placentaria. · EP-cadherina: implicada en la adhesión entre blastómeros. · Protocadherina: similares a las clásicas pero sin cateninas que las unan al citoesqueleto. · E-cadherina: cadherina epitelial (L-CAM). Se expresa de forma temprana en embriones de mamíferos. Después, la molécula se restringe a tejidos epiteliales de embriones y adultos. - Unión homofílica CADHERINAS CADHERINAS - Parece que la unión cadherina-catenina es similar en todas las células. Pero las señales activadas son distintas según la cadherina y el tipo de célula. - La señalización por β-cateninas y la migración dependen de la densidad celular y del ambiente del tumor - Las células contactan con otras células a través de las cadherinas, produciéndose señales: a) Señalización a través de la familia Rho de GTPasas pequeñas b) Modulacíón de la vía Wnt c) Interacciones entre cadherinas y receptores tirosina-cinasa CADHERINAS a) Señalización a través de la familia Rho de GTPasas pequeñas + Cadh-Cadh Rac 1 y Cdc 42 - RhoA IQ GAP1-βcat + SRF y Stat5 + ROCK + TEM α-cat / βcat + + Cadh-cat-citoes CADHERINAS b) Modulación de la vía Wnt Cadh-Cadh - Wnt, EGF, HGF Sin Wnt + β-cat citosol Wnt - Complejo β-cat/APC/GSK3 β/axina β-cat / LEF-TCF + Genes de proliferación celular, inestabilidad de las uniones celulares y migración celular Degradación de β-cat CADHERINAS c) Interacciones entre cadherinas y receptores tirosina-cinasa -Hay β-cateninas que se encuentran asociadas a receptores de HGF. Las β-cateninas pueden ser liberadas y transportadas al núcleo mediante activación del receptor (HGFR) y fosforilación de tirosinas. Así las β-cateninas libres se estabilizan y pueden transportarse al núcleo. - Los complejos cadherina-catenina están asociados a receptores tirosina-cinasa (son receptores para factores de crecimiento), y tirosina-fosfatasa (inhiben a las cateninas). El tratamiento con factores de crecimiento conduce a una adhesión intercelular inestable y a la migración celular. CADHERINAS Efectos y dianas de las β-cateninas La delección del gen α-catenina y la mutación del gen β-catenina da lugar a cáncer invasivo y metastásico. Los complejos de E-cadherinacatenina se rompen: - Disminuye la cohesión célula-célula o célula-sustrato - Aumenta la movilidad - Expresión de otros genes (por ejemplo, las MMP) -Mutaciones en proteínas reguladoras como APC causan acumulación de β-catenina, desrregulándose así la expresión de sus genes diana -Si disminuye la β-catenina citosólica, disminuye el crecimiento celular. Si se pierden cadherinas (células tumorales), se aumenta la señal TCF-β-cateninas, que estimula la proliferación. CADHERINAS Efectos y dianas de las β-cateninas -MMP: se unen a la superficie celular y liberan E-cadherinas al medio (inhibición de la adhesión celular). Las MMP pueden degradar otras moléculas de adhesión celular a la matriz como por ejemplo CD44 e integrinas, favoreciendo la migración. También pueden degradar receptores para factores de crecimiento, liberar el ligando Fos activo o estimular la apoptosis de células epiteliales. -Ciclina D1 (estimula la progresión del ciclo celular), c-myc, WISP, fibronectina, vimentina, activador del plasminógeno tipo uroquinasa,… - Al añadir HGF y EGF (factores de crecimiento) se aumenta la motilidad, tienen efecto sinérgico con β-catenina. También se observa aumento de osteopontinas (proteína secretada asociada a la matriz), que estimulan crecimiento tumoral, activan las MMP y promueven la migración celular. CADHERINAS Represión de E-cadherina -Mecanismos de inhibición: - Mutaciones génicas - Hipermetilaciones del promotor - Reordenación de la cromatina - Truncación o modificación post-traduccional - Represores transcripcionales: - Snail y Slug (factores de transcripción con dedos de zinc) - E12/E47 (hélice básica) - Twist - Delta EF1 y SIP1 (dedos de zinc, familia ZEB) - En el promotor de E-cadherina hay un elemento palindrómico, E-pal, y unas cajas E, que son elementos reguladores negativos de E-cadherina, determinando su silenciamiento. SNAIL - Familia SNAIL (factores de transcripción, Snail y Slug). Tienen entre cuatro y seis dedos de zinc en el extremo carboxilo terminal. - Los dedos de zinc se unen a la caja E2 o al elemento E-pal del promotor de la E-cadherina, inhibiendo su transcripción. - Snail, Slug, SIP1, E47 y E12 se unen al elemento E-pal. Afinidad de unión al promotor: E47>Snail>Slug. - La inducción ectópica de Snail o E47 estimula la TEM, disminuye la expresión de E-cadherina y aumenta las propiedades invasivas oncogénicas. Parece que Snail actúa en las etapas iniciales y E47, E12 y Slug lo hacen más tarde - La sobreexpresión de SNAIL en células epiteliales induce: - Disminución en la expresión de marcadores epiteliales (Ecadherina, citoqueratina 18, mucina 1, desmoplaquina) - Incremento en la expresión de marcadores mesenquimáticos (vimentina, fibronectina) - Fenotipo fibroblastoide - Adquisición de actividad tumoral y propiedades invasivas/migratorias SNAIL - Resistencia a la muerte - Disminución de proliferación (durante la etapa de malignificación) - Pérdida de diferenciación -Snail media la desacetilación de las histonas H3 y H4 en el promotor de la E-cadherina. -También está implicado en la disolución de uniones estrechas a través de la inhibición transcripcional de sus componentes (claudina, ocludina y ZO-1). -Interactúa con MeCP2, el cual reprime la transcripción de promotores metilados. -Snail inactiva a la E-cadherina a través de hipermetilación del promotor en ciertos tipos de cáncer como el gástrico. SNAIL SNAIL -Snail y Slug se expresan de manera distinta. Snail es importante para disparar la TEM mientras que Slug la mantiene. - Snail inhibe las uniones adherentes y estrechas, mientras que Slug inhibe desmosomas, E-cadherina y ZO-1. MUC-1 es diana de ambos. -Tanto Snail como Slug se han relacionado con la adquisición de resistencia a la apoptosis, promoviendo la supervivencia tumoral. - Slug también está implicado en la vía de señalización SCF-c-kit, que aumenta la supervivencia celular. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 1. General 2. Factores de crecimiento (con receptores tirosina-cinasa) 3. Citocinas (TGF-β) 4. NF-κB 5. Twist 6. Receptores de estrógenos (ER) TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 1. General - En la transición epitelio-mesénquima: · No hay expresión de genes que codifican moléculas de adhesión. · Modificación del tipo de filamentos intermedios. · Síntesis de moléculas de la matriz extracelular como fibronectina y ciertos tipos de colágeno. · Síntesis de enzimas proteolíticas implicadas en degradación de la matriz (favorecen movilidad e invasividad). · Movimiento celular por reorganización del citoesqueleto de actina y miosina. - La familia Rho puede ser la unión entre las señales de los factores de crecimiento y la reorganización del citoesqueleto. O bien la movilidad celular puede dispararse por integrinas (paxilinas). - Los factores de crecimiento, las citocinas y los componentes de la matriz extracelular son elementos claves en la TEM. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 1. General - La mayoría de las vías de señalización terminan en el núcleo, donde regulan la transcripción de genes. - Varios factores de transcripción pueden ser calificados como genes maestros, capaces de controlar la totalidad del proceso TEM. Por ejemplo: · Complejo transcripcional Fos/Jun (activan vía Wnt). · Familia Snail · Miembros de la familia Ets (factores de transcripción que se expresan en procesos de migración celular y remodelación). · Twist TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 2. Factores de crecimiento - Las cascadas de activación se inician por autofosforilación en sitios específicos de tirosinas en los receptores. -El prototipo de factor dispersante es HGF/SF que se une al receptor c-met, el cual tiene una gran capacidad para inducir variados cambios morfogénicos. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 2. Factores de crecimiento - Src (tirosina-cinasa citoplasmática) implicada en cambios de la morfología celular (transformación maligna, plasticidad epitelial y modulación de la adhesión intercelular). - Ras (proteína pequeña que une GTP), con muchas moléculas efectoras; entre ellas Raf (serina-treonina-cinasa), que termina con la activación de MAPK (proliferación celular, adhesión mediada por integrinas, secreción, diferenciación neuronal, activación de linfocitos B y T...). -Fosfatidilinositol-3-cinasa (PI3K) activa a las GTPasas Rac relacionadas con migración e invasividad. Rac induce las fosforilación de la cadena ligera de la miosina (movimientos celulares) y también refuerza la adhesión célula-célula. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 2. Factores de crecimiento - Rho (GTPasa) encargada de ensamblaje de contactos focales y fibras de actina. Puede estimular la fosforilación de la cadena ligera de la miosina y de aducina (proteína de unión a la actina). Favorece la destrucción de complejos de adhesión intercelular, facilita la degradación de matriz y la resistencia a apoptosis. Rho activa ROCK que aumenta la estabilización de los filamentos de actina. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 3. Citocinas (TGF-β) - Funciones de TGF-β: - Parece que se encarga del reclutamiento de células inflamatorias. - Inhibidor general de la proliferación. - Estimula a inhibidores del ciclo celular (p15, p21) e inactiva a proteínas como c-myc. - Acelera procesos malignos en etapas tardías de tumorogénesis (invasión y metástasis en tumores de origen epitelial). - Inhiben o inician la migración y diferenciación celular, según célula y condiciones de cultivo. - Potente inductor de la formación de matriz extracelular. - Participa en otras vías de señalización relacionadas con Ras y con Rho, afectando al citoesqueleto y a las uniones adherentes. Además, activa a Src. - Las células diana de TGF-β son las células epiteliales, las células endoteliales y las células hematopoyéticas. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 3. Citocinas (TGF-β) - Los receptores tienen un dominio corto extracelular rico en cisteínas; un dominio transmembranario simple; un dominio serina-treoninacinasa intracelular. Hay tres tipos de receptores, el tipo 2 parece el más importante. - El gen TGF-β se activa por oncogenes como jun, fos, ras, abl y src. Se inhibe con genes supresores de tumores. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 4.NF-κB - Es un regulador transcripcional de respuestas inflamatorias y de la inmunidad innata; se relaciona con proliferación celular, apoptosis y migración. - En combinación con ras oncogénico protege a las células epiteliales frente a la inducción de apoptosis por TGF-β. - La activación de la oncogénesis varía según tejido y estadio en el desarrollo del cáncer. - Entre sus dianas se encuentra Twist. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 5. Twist - Factor de transcripción hélice-vueltahélice básico. - Regulador master de morfogénesis embrionaria. - Conduce a la pérdida de contactos célula-célula y a la dispersión celular. Favorece la pérdida de marcadores epiteliales y la ganancia de marcadores mesenquimáticos. - No está claro que inhiba directamente la expresión de E-cadherina; puede que la reprima indirectamente por activación de N-cadherina. - Está implicado en la intravasación de células tumorales para entrar en la circulación y producir la metástasis. - La expresión ectópica de Twist induce TEM e inmortalizar las células. TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 6. Receptor de estrógenos - Miembros de la superfamilia de receptores nucleares para hormonas. - Son activadores transcripcionales dependiente de ligando. El estradiol es un potente mitógeno en muchos cánceres de mama, estimula el paso de G1 a S. - ER activa la transcripción de MTA3, que forma parte de un complejo correpresor transcripcional que contiene histona desacetilasa y funciones de remodelado de la cromatina dependientes de ATP. El complejo se dedica a la represión génica, una diana directa es Snail. - Los niveles desacetilación de las histonas afectan a las interacciones electrostáticas entre estas proteínas y el ADN. Las histonas desacetilasa (HDACs) y acetilasas están implicadas en regulación epigenética de la expresión génica. Los inhibidores de las HDAC (la mayoría de las HDAC son dependientes de zinc) pueden considerarse con actividad antitumoral TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA 6. Receptor de estrógenos - La expresión del transportador de zinc regulado por estrógenos LIV-1 es dependiente de STAT3. Miembros de la familia LIV son esenciales para la localización nuclear de Snail, ejercen cierto control sobre la TEM y sobre la migración celular. - Src podría controlar la expresión de Snail vía LIV-1 y tiene acción agonista a los miembros de STAT. - El 30% de los carcinomas de mama pierde la expresión del ER, éstos son más metastásicos e invasivos, ya que en ellos deja de inhibirse Snail. TRANSICIÓN EPITELIO-MESENQUIMA TRANSICIÓN EPITELIO-MESENQUIMA CONCLUSIONES 3. Los factores de crecimiento pueden generar una gran cantidad de respuestas. La célula “elige” qué respuesta se va a dar tras ser estimulada. Las moléculas implicadas son diferentes en cada caso, dependiendo del tejido y del ambiente celular. 4. Es muy difícil identificar un proceso de TEM en los análisis histológicos rutinarios (fenotipo difícilmente distinguible y pequeño número de células afectadas). 5. En células normales, la activación de una molécula señalizadora produce una señal que no es suficiente para disparar todas las modificaciones observadas durante TEM. La respuesta TEM es, por tanto, dependiente de actividades de distintas y específicas moléculas señalizadoras que se suman. 6. En células cancerosas pueden dispararse procesos de TEM de manera autónoma por activación oncogénica, sin necesidad de otros estímulos adicionales. 7. Los resultados muestran que las mismas moléculas y mecanismos que operan en TEM durante el desarrollo embrionario operan en el adulto. Se establece una relación entre desarrollo y oncogénesis. Parece que durante el desarrollo del fenotipo metastásico, las células tumorales activan programas morfogénicos latentes que se activan normalmente en el desarrollo embrionario. BIBLIOGRAFÍA - Bates, R. C., DeLeo, M. J., Mercurio, A. M. (2004). The epithelial-mesenchymal transition of colon carcinoma involves expresion of IL-8 and CXCR-1 mediated chemotaxis. 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