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GENERACION DEL CANCER: GENERACION DEL CANCER:
PROCESO MULTISECUENCIALPROCESO MULTISECUENCIAL
EPIDERMISEPIDERMIS
MEMBRANA MEMBRANA BASALBASAL
DERMISDERMIS
HIPERPLASIAHIPERPLASIA: :
AUMENTO AUMENTO PROLIFERACIONPROLIFERACION
CARCINOMA IN SITUCARCINOMA IN SITU::
AUMENTO PROLIFERACIONAUMENTO PROLIFERACION
PERDIDA DIFERENCIACIONPERDIDA DIFERENCIACION
CARCINOMA MALIGNO INVASIVOCARCINOMA MALIGNO INVASIVO::
INVASION EN TEJIDO ADYACENTEINVASION EN TEJIDO ADYACENTE
(INICIO DE LA DISEMINACION)(INICIO DE LA DISEMINACION)
Principios básicos comunes a la generación Principios básicos comunes a la generación y progresión del cáncer:y progresión del cáncer:
1.- Proceso multisecuencial: 1.- Proceso multisecuencial: mutaciones en protooncogenes y genes supresoresmutaciones en protooncogenes y genes supresores
““capacidades adquiridas”:capacidades adquiridas”:2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño de protooncogenes y genes supresores de protooncogenes y genes supresores
. Crecimiento independiente de señales externas. Crecimiento independiente de señales externas
. Evasión de muerte celular programada (apoptosis). Evasión de muerte celular programada (apoptosis)
. Capacidad de replicación ilimitada. Capacidad de replicación ilimitada
. Cambios en el fenotipo tumoral. Cambios en el fenotipo tumoral
3.- Capacidad de invasión y metástasis3.- Capacidad de invasión y metástasis
4.- Neovascularización sostenida: angiogénesis4.- Neovascularización sostenida: angiogénesis
5.- Homeostasis tumoral: 5.- Homeostasis tumoral: Interacciones células tumorales-células huéspedInteracciones células tumorales-células huésped
Hanahan & Weinberg, Cell, 2000“The hallmarks of cancer”
proliferación/angiogénesisdegradación matriz extracelular
Interacción con vasos linfáticos, vénulas
capilares…
Tumor primario
Interacciones con plaquetaslinfocitos y otros componentes
sanguineos
Formación de un microambiente favorableproliferación, angiogénesis, tumor secundario
Tumor primario
Primeros pasos de la metástasisPrimeros pasos de la metástasisAlta eficienciaAlta eficiencia
-Formación tumor primario-Adquisición de un fenotipo motil
Últimos pasos de la metástasisÚltimos pasos de la metástasisBaja eficienciaBaja eficiencia
-Diseminación hacia órganos distantes-Crecimiento de tumores secundarios
1.1. Pérdida de adhesión célula-célula:Pérdida de adhesión célula-célula: Pérdida de expresión o función de Moléculas de adhesión celular (CAMs)Pérdida de expresión o función de Moléculas de adhesión celular (CAMs)
Cambios en adhesión célula-MECCambios en adhesión célula-MEC
Cadherina-ECadherina-E
IntegrinasIntegrinas
Lamina Lamina Basal Basal
2. Degradación de MEC2. Degradación de MEC 3. Adquisición de motilidad3. Adquisición de motilidady migracióny migración
Participación de integrinasy cambios en el citoesqueleto
Activación de proteasas y degradaciónde matriz extracelular
Fenómenos angiogénicos
TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMATRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA
Transición Epitelio-MesénqimaTransición Epitelio-Mesénqima en zona invasión de papiloma en progresiónen zona invasión de papiloma en progresión
TEM (EMT) en la progresión tumoralTEM (EMT) en la progresión tumoral
Thiery, Thiery, Nat. Rev. CancerNat. Rev. Cancer, 2: 442-454 (2002), 2: 442-454 (2002)
Adhesión célula-célulaAdhesión célula-célula
ExteriorExterior
InteriorInterior
InteriorInterior
Adhesión homofílicaAdhesión homofílica
CadherinasCadherinas
Integrinas: (Dímeros Integrinas: (Dímeros , , ))
InmunoglobulinasInmunoglobulinas
Adhesión heterofílicaAdhesión heterofílica
Adhesión célula-MECAdhesión célula-MEC
Fibronectina, laminina,Fibronectina, laminina,Colágenos, etc.Colágenos, etc.
Organización de uniones intercelulares en epiteliosOrganización de uniones intercelulares en epitelios
Modificado de Pérez-Moreno et al., Cell, 112: 535-545 (2003)
CadherinasCadherinasClásicasClásicas
(Cadherina-E)(Cadherina-E)
CadherinasCadherinasdesmosomalesdesmosomales
Estructura de las uniones mediadas por cadherina EEstructura de las uniones mediadas por cadherina E
Pérdida de Cadherina-E en carcinomas ductales invasivos:Pérdida de Cadherina-E en carcinomas ductales invasivos:Asociado al grado de diferenciaciónAsociado al grado de diferenciación
Grado 1Grado 1 Grado 2Grado 2
Grado 3Grado 3 Grado 3Grado 3
Gamallo et al., 1993Gamallo et al., 1993Palacios et al., 1995, 1996Palacios et al., 1995, 1996
Loric et al., Loric et al., Eur. J. CancerEur. J. Cancer, 37: 1475-1481 (2001), 37: 1475-1481 (2001)
Expresión de Cadherina-E en carcinoma próstataExpresión de Cadherina-E en carcinoma próstata
Tej. normal Carc. próstata
Pérdida de Cadherina-E en el frente de invasión de carcinomasPérdida de Cadherina-E en el frente de invasión de carcinomas
Funciones de la adhesión célula-célula Funciones de la adhesión célula-célula mediada por cadherina-Emediada por cadherina-E
Progresión tumoralProgresión tumoral
• Pérdida de expresión/función de cadherina-E asociada al grado de Pérdida de expresión/función de cadherina-E asociada al grado de desdiferenciación de diferentes tipos de carcinomas desdiferenciación de diferentes tipos de carcinomas
• Pérdida de expresión de cadherina-E en líneas de carcinomaPérdida de expresión de cadherina-E en líneas de carcinoma asociada a la capacidad de invasión.asociada a la capacidad de invasión.
Cadherina-E: Gen supresor de la invasión tumoral.Cadherina-E: Gen supresor de la invasión tumoral.
• Expresión de Cadherina-E en líneas de carcinomas deficientesExpresión de Cadherina-E en líneas de carcinomas deficientes induce la pérdida de invasividad.induce la pérdida de invasividad.
• Pérdida de expresión de Cadherina-E asociada a Pérdida de expresión de Cadherina-E asociada a TEMTEM y a la transición y a la transición de adenoma a carcinoma (carc. Intestinales y modelos experimentales)de adenoma a carcinoma (carc. Intestinales y modelos experimentales)
Mecanismos de pérdida de Cadherina-E Mecanismos de pérdida de Cadherina-E en TEM/progresión tumoralen TEM/progresión tumoral
1.1. Regulación expresión del gen Cadherina-ERegulación expresión del gen Cadherina-E:: Mutaciones/regulación transcripcionalMutaciones/regulación transcripcional
2. 2. Regulación de la función de Cadherina-ERegulación de la función de Cadherina-E:: Mecanismos post-transcripcionalesMecanismos post-transcripcionales
- Cadherina-E- Cadherina-E- Cateninas asociadas- Cateninas asociadas
1.1. Regulación expresión del gen Cadherina-ERegulación expresión del gen Cadherina-E:: Mutaciones/regulación transcripcionalMutaciones/regulación transcripcional
1. Mutaciones del gen de Cadherina-E1. Mutaciones del gen de Cadherina-E
- Afectan a diferentes regiones codificantes y no codificantes:Afectan a diferentes regiones codificantes y no codificantes: originan delecion de exones y cambios en la pauta de lectura, originan delecion de exones y cambios en la pauta de lectura, o proteínas truncadas.o proteínas truncadas.
- Detectadas en aprox. 50% de carcinomas lobulillares de mamaDetectadas en aprox. 50% de carcinomas lobulillares de mama y carcinomas gástricos difusos. y carcinomas gástricos difusos. Infrecuentes en otros tipos de carcinomas.Infrecuentes en otros tipos de carcinomas.
- Asociadas frecuentemente a pérdidas de heterozigosidad (LOH)- Asociadas frecuentemente a pérdidas de heterozigosidad (LOH)
- Mutaciones en la línea germinal detectadas en algunos casos:Mutaciones en la línea germinal detectadas en algunos casos: predisposición a carcinoma gástrico de tipo difuso.predisposición a carcinoma gástrico de tipo difuso.
Otros mecanimos responsables de la pérdida de expresiónOtros mecanimos responsables de la pérdida de expresiónde Cadherina-E en mayoría de carcinomas.de Cadherina-E en mayoría de carcinomas.
Mecanismos de pérdida de expresión de Cadherina-EMecanismos de pérdida de expresión de Cadherina-E
2. Hipermetilación de islas CpG del promotor de 2. Hipermetilación de islas CpG del promotor de Cadherina-ECadherina-E
- Detectado en un amplio número de líneas de carcinoma:Detectado en un amplio número de líneas de carcinoma: ej. Mama, próstata, gástrico, colorectal.ej. Mama, próstata, gástrico, colorectal.- Detectado en tumores primarios: mama, próstata, etc.Detectado en tumores primarios: mama, próstata, etc.
- Inhibición de metilación (5´-Azacitidina): revierte la expresiónInhibición de metilación (5´-Azacitidina): revierte la expresión de Cadherina-E en diferentes líneas celulares.de Cadherina-E en diferentes líneas celulares.
Mecanismos de pérdida de expresión de Cadherina-EMecanismos de pérdida de expresión de Cadherina-E
- Hipermetilación de un alelo puede estar asociada a mutación Hipermetilación de un alelo puede estar asociada a mutación somática/germinal del otro alelo o a pérdida de heterozigosidadsomática/germinal del otro alelo o a pérdida de heterozigosidad
Strathdee, Sem. Cancer Biol., 12: 373-379 (2002)
Inactivación de CD-E por mutación, metilación y LOH Inactivación de CD-E por mutación, metilación y LOH en tumores esporádicosen tumores esporádicos
TEM (EMT) en la progresión tumoralTEM (EMT) en la progresión tumoral
Thiery, Thiery, Nat. Rev. CancerNat. Rev. Cancer, 2: 442-454 (2002), 2: 442-454 (2002)
Cadherina-ECadherina-E
IntegrinasIntegrinas
Lámina basalLámina basal
CD-ECD-E CD-ECD-E
2. Hipermetilación2. Hipermetilación CD-ECD-ECme CmeCmeCme
RepresoresRepresoresCD-ECD-E
3. Represión 3. Represión transcripcionaltranscripcional
** * **1. Mutaciones1. Mutaciones
Mecanismos de pérdida de expresión de cadherina EMecanismos de pérdida de expresión de cadherina E
Elementos reguladores del promotor de Elementos reguladores del promotor de Cadherina-ECadherina-E
Mouse
Human
Dog
TranscriptionFactors
Todos los factores identificados actúan como represores de Todos los factores identificados actúan como represores de Cadherina-ECadherina-E por interacción con cajas E proximales/E-palpor interacción con cajas E proximales/E-pal
SnailSnail induce TEM en células epiteliales induce TEM en células epitelialesSnailSnail induce TEM en células epiteliales induce TEM en células epiteliales
- Adquisición y reorganización de marcadores mesenquimáticos- Adquisición y reorganización de marcadores mesenquimáticos
FibronectinaFibronectinaVimentinaVimentina
Mo
ck
Mo
ck
Sn
ail
Sn
ail
- Adquisición de morfología fibroblástica- Adquisición de morfología fibroblástica- Pérdida de adhesión célula- célula- Pérdida de adhesión célula- célula
Cadherina-ECadherina-E PlakoglobinaPlakoglobina
- Pérdida o redistribución de marcadores- Pérdida o redistribución de marcadores epitelialesepiteliales
Expresión de Snail asociada a la pérdida de Cadherina-EExpresión de Snail asociada a la pérdida de Cadherina-Een carcinomas y melanomasen carcinomas y melanomas::
- Carcinomas ductales mama: Cano et al., 2000; Batlle et al., 2000; Carcinomas ductales mama: Cano et al., 2000; Batlle et al., 2000; Cheng et al., 2001; Blanco et al., 2002Cheng et al., 2001; Blanco et al., 2002
- Carcinoma oral: Yokohama et al., 2001Carcinoma oral: Yokohama et al., 2001
- Hepatocarcinomas: Jiao et al., 2002; Sugimachu et al., 2003Hepatocarcinomas: Jiao et al., 2002; Sugimachu et al., 2003
- Melanomas: Cano et al., 2000; Poser et al., 2001Melanomas: Cano et al., 2000; Poser et al., 2001
- Carcinomas gástricos difusos: Rosivatz et al., 2002Carcinomas gástricos difusos: Rosivatz et al., 2002
Expresión de Slug asociada a pérdida de Cadherina-E:Expresión de Slug asociada a pérdida de Cadherina-E:
- Líneas de carcinoma de mama: Hajra et al., 2002- Líneas de carcinoma de mama: Hajra et al., 2002
Expresión de E47 y Zeb1/2 asociada a pérdida de Cadherina-E:Expresión de E47 y Zeb1/2 asociada a pérdida de Cadherina-E:
- Diversas líneas de carcinoma: Comijn et al., 2001; Pérez-Moreno et al., 2001;Diversas líneas de carcinoma: Comijn et al., 2001; Pérez-Moreno et al., 2001; Guaita et al., 2002Guaita et al., 2002
Expresión de Expresión de Cadherina-ECadherina-E y y SnailSnail en carcinomas de mama en carcinomas de mama
H/EH/E SnailSnail Cad-ECad-E
Tej. MamarioNormal
Carcinoma Ductal invasivo
Blanco et al, Oncogene, 2002
Expresión de Cadherina-E, Snail, SIP1 (Zeb2) en carcinomas gástricosExpresión de Cadherina-E, Snail, SIP1 (Zeb2) en carcinomas gástricos
Tipo difuso
Tipo intestinal
E-cad Zeb2Sna E-cad Zeb2Sna
Rosivatz et al., Am. J. Pathol., 161: 1881-181 (2002)
- Expresión preferencial de diferentes represores en función del tipo tumoral?- Coexistencia de diferentes mecanismos: mutación y represión (carc. difusos)
Modelo de acción de los diferentes represores de CD-E Modelo de acción de los diferentes represores de CD-E en la progresión tumoralen la progresión tumoral
MET MET E-CadE-CadRepressors (??) Repressors (??)
Mecanismos de pérdida de Cadherina-E Mecanismos de pérdida de Cadherina-E en EMT/progresión tumoralen EMT/progresión tumoral
1.1. Regulación expresión del gen Cadherina-ERegulación expresión del gen Cadherina-E:: Mutaciones/regulación transcripcionalMutaciones/regulación transcripcional
2. 2. Regulación de la función de Cadherina-ERegulación de la función de Cadherina-E:: Mecanismos post-transcripcionalesMecanismos post-transcripcionales
- Cadherina-E- Cadherina-E- Cateninas asociadas- Cateninas asociadas
Regulación de las uniones mediadas por cadherina ERegulación de las uniones mediadas por cadherina E
Fact. Crec.Fact. Crec.(EGF, HGF,(EGF, HGF,
TGFTGF))Tyr-quinasas (c-met, EGFR, c-src)
Tyr-fosfatasas (TPP, LAR-PTP)
Otras vías señalización:Ras, TGF, ILK
--
--+
Proteínas reguladorasdel citoesqueleto(Rho-GTPasas)
+
--
KProtea
some
Activación de -catenina: Vía de Wnt
KProtea
some
nn n
s
f-
c-Myc
Cyclin-D1
Cdc25a
Matrilisin
uPAR
Activación de -catenina: Vía de Wnt
Estructura de la proteína APC: Adenomatous Polyposis Coli
Mutantes:Cáncer deColon familiar (FAP)y no familiar
COOH
Pérdida de interacción con -catenina y/o axina
Estabilización de -catenina en citoplasma y/o núcleo
Señalización celular
a-catenina
GSK-3
APC Tcf Cadherina-E
NH2 COOHS/T: residuos fosforilables por
Dominio N-terminal
Dominio C-terminal
Repeticiones arm
Interacciones con:
Estructura de -catenina: proteína multifuncional
NH2
D S G I H S G A T T T A P S33 37 41 45
Y E Y P HepatocarcinomasV P V A F
V A F Carc. Colorectal
F A Carc. Ovario
C C Meduloblastomas
Y F A Carc. Próstata
F C A F Carc. Utero A I C
Mutaciones de -catenina en diferentes tipos de tumores:Residuos S/T (o adyacentes) fosforilables por GSK-3
Pérdida de interacción con APC: estabilización -catenina Señalización
Thiery, Nat. Rev. Cancer, 2: 442-454 (2002)
Activación Activación -catenina en frente de invasión tumoral-catenina en frente de invasión tumoral
Carcinomas de colonCarcinomas de colon
Cadherina-E y señalización de Cadherina-E y señalización de -catenina-catenina
- Pérdida de Cadherina-E puede conllevar un aumentoPérdida de Cadherina-E puede conllevar un aumento de la señalización de la señalización -catenina. -catenina.
- Presencia de Cadherina-E funcional “secuestra” a Presencia de Cadherina-E funcional “secuestra” a -catenina -catenina en la membrana, inhibiendo su señalización. en la membrana, inhibiendo su señalización.
- Lineas de carcinomas colon. Gumbiner, 2001, 2002Lineas de carcinomas colon. Gumbiner, 2001, 2002 Muñoz, 2001Muñoz, 2001 Ben Ze’ev, 2003Ben Ze’ev, 2003
Consecuencias en fenotipo, Consecuencias en fenotipo, proliferación, migración, etc.proliferación, migración, etc.
Adhesión célula-célulaAdhesión célula-célula
ExteriorExterior
InteriorInterior
InteriorInterior
Adhesión homofílicaAdhesión homofílica
CadherinasCadherinas
Integrinas: (Dímeros Integrinas: (Dímeros , , ))
InmunoglobulinasInmunoglobulinas
Adhesión heterofílicaAdhesión heterofílica
Adhesión célula-MECAdhesión célula-MEC
Fibronectina, laminina,Fibronectina, laminina,Colágenos, etc.Colágenos, etc.
DISMINUCIÓN CAMBIOS
Pérdida de adhesión célula-célulaPérdida de adhesión célula-célulaCambios en adhesión célula-MECCambios en adhesión célula-MEC
Degradación de MECDegradación de MEC(activación de proteasas matriz)(activación de proteasas matriz)
Adquisición de motilidadAdquisición de motilidady migracióny migración
Cadherina-ECadherina-E
IntegrinasIntegrinas
Lámina BasalLámina Basal
Etapas de la invasiónEtapas de la invasión
TransiciónTransiciónEpitelio-MesénquimaEpitelio-Mesénquima
(TEM)(TEM)
AdhesiónAdhesiónCélula-MECCélula-MEC
Cambios en adhesión célula-MECCambios en adhesión célula-MEC
Células Células epitelialesepiteliales
L. basalL. basal
Adhesión de las células a la MECAdhesión de las células a la MEC
Fibrob.Fibrob.
MECMEC(FN)(FN)
Componentes mayoritarios:Componentes mayoritarios:- Laminina, Colágeno tipo IV, entactina- Laminina, Colágeno tipo IV, entactina - Fibronectina, colágenos I, II, III, - Fibronectina, colágenos I, II, III,
diversos proteoglicanosdiversos proteoglicanos
Membrana basal/Membrana basal/Lámina basalLámina basal
Matriz extracelularMatriz extracelularintersticialintersticial
Cél. epitelialCél. epitelial
Cél. epitelialCél. epitelial
Lámina Lámina basalbasal
TejidoTejidoconjuntivoconjuntivo
Visión al m. e. de la lámina basalVisión al m. e. de la lámina basal
Laminina
Colágeno tipo IV
Organización tridimensional Organización tridimensional de la membrana basalde la membrana basal
Organización de la membrana/lámina basal Organización de la membrana/lámina basal
Membrana basal: Presencia en diferentes tejidosMembrana basal: Presencia en diferentes tejidos
Kalluri, Nat. Rev. Cancer, 3: 422-433 (2003)
Cadena deCadena de colágenocolágeno
Triple héliceTriple hélice de colágenode colágeno
FibrillasFibrillas de colágenode colágeno
Fibras de Fibras de colágenocolágeno
Matriz extracelular intersticialMatriz extracelular intersticial
Red de fibras de fibronectinaRed de fibras de fibronectina
NN
NN CC
CC
OligomerizaciónOligomerización
11
11
FNRFNR
LMRLMR
FNRFNRV-CAM1V-CAM1
LMRLMRCRCR
FNRFNRLMRLMRCRCR
55
vv
33
IIbIIb
FNRFNR
FNRFNRVNRVNR
FNRFNRVNRVNRFbRFbR
Integrinas: Receptores de adhesión a MEC. Tipos principalesIntegrinas: Receptores de adhesión a MEC. Tipos principales
SeñalizaciónSeñalizacióncelularcelular
Organización Organización citoesqueletocitoesqueleto
44LMRLMR
Unión lam. basalUnión lam. basal
Cambios en la expresión de integrinas Cambios en la expresión de integrinas en células tumorales y carcinomas en células tumorales y carcinomas
Tipo celular, tumoralTipo celular, tumoral Transformada porTransformada por Cambios en integrinasCambios en integrinas
Fibroblastos Fibroblastos Murinos, humanosMurinos, humanos
Células humanasCélulas humanas
Melanoma,Melanoma,Vasos tumoralesVasos tumorales
Melanoma humano,Melanoma humano,ratón ratón
Neuroblastoma Neuroblastoma humanohumano
Carcinoma Carcinoma epidermoide humano,epidermoide humano,Carcinoma tiroidesCarcinoma tiroides
Oncogenes (Ras, RTKs)Oncogenes (Ras, RTKs)
Transformación químicaTransformación química
Clones seleccionados porClones seleccionados poraumento metástasisaumento metástasis
Reducción Reducción 55
Aumento Aumento 6, 6, 2, 2, 11
Aumento Aumento vv33
Aumento Aumento vv3, 3, IIbIIb33
AumentoAumento55
AumentoAumento6644
Carcinoma mamaCarcinoma mama Disminución Disminución 6, 6, 1, 1, 11
En muchos casos, se observan cambios en la afinidad de integrinas por ligandosEn muchos casos, se observan cambios en la afinidad de integrinas por ligandos
Cambios cuantitativos y cualitativos en el patrón de expresión de integrinasCambios cuantitativos y cualitativos en el patrón de expresión de integrinas
2. Degradación de MEC2. Degradación de MEC 3. Adquisición de motilidad3. Adquisición de motilidady migracióny migración
Participación de integrinasy cambios en el citoesqueleto
Activación de proteasas y degradaciónde matriz extracelular
Tipos principales de matriz extracelular (MEC)Tipos principales de matriz extracelular (MEC)
Matriz extracelular intersticial:Matriz extracelular intersticial:
Constituyente esencial de los tejidos conjuntivos.Constituyente esencial de los tejidos conjuntivos.No posee una estructural tridimensional definidaNo posee una estructural tridimensional definidaComponentes mayoritarios:Componentes mayoritarios:- Colágenos fibrilares (Col. I, Col. II)- Colágenos fibrilares (Col. I, Col. II)- Fibronectina - Fibronectina - Diversos tipos de proteoglicanos y Diversos tipos de proteoglicanos y glicosaminoglicanos glicosaminoglicanos
Lámina basal (Membrana basal):Lámina basal (Membrana basal):
Delimita los tejidos epiteliales y Delimita los tejidos epiteliales y capilares de tejidos adyacentescapilares de tejidos adyacentesPosee una estructural tridimensional definida: Posee una estructural tridimensional definida: lámina reticularlámina reticularComponentes mayoritarios:Componentes mayoritarios:- Colágenos no fibrilares (Col. IV)- Colágenos no fibrilares (Col. IV)- Laminina, entactina- Laminina, entactina- Proteoglicanos específicos: perlacano- Proteoglicanos específicos: perlacano
- Implicación de proteasas de matriz extracelular:- Implicación de proteasas de matriz extracelular:
Enzimas con actividad Enzimas con actividad endopeptidasaendopeptidasa: cortan enlaces peptídicos en el : cortan enlaces peptídicos en el interior de las moléculas de proteínas: interior de las moléculas de proteínas:
Sustratos:Sustratos:
Diferentes componentes de MEC: colágenos, fibronectina, laminina, etc.Diferentes componentes de MEC: colágenos, fibronectina, laminina, etc.
Tipos/familias:Tipos/familias:
Definidos por sus requerimientos en el centro activo: aminoácidos Definidos por sus requerimientos en el centro activo: aminoácidos específicos (serina, cisteina, aspártico, etc.), presencia de metales (zinc, calcio)específicos (serina, cisteina, aspártico, etc.), presencia de metales (zinc, calcio)
• Metaloproteasas (Metaloproteasas (MMPsMMPs, ADAMs), ADAMs)• Serin proteasasSerin proteasas: activador del plasminógeno tisular, TPA y : activador del plasminógeno tisular, TPA y tipo uroquinasa (tipo uroquinasa (uPAuPA))
•Aspartil proteasas (catepsina D)Aspartil proteasas (catepsina D)•Cisteín proteasas (catepsinas B, C, H, L)Cisteín proteasas (catepsinas B, C, H, L)•Treonin proteasasTreonin proteasas
La proteolisis pericelular depende de la regulación de su actividadLa proteolisis pericelular depende de la regulación de su actividad
MMP MMP activaactiva
80 aa
Plasmina, otros Plasmina, otros agentesagentes
Activación de proteasas de matriz extracelularActivación de proteasas de matriz extracelular
Sistema de las Sistema de las
metaloproteasas: MMPsmetaloproteasas: MMPs
Sistema del activador Sistema del activador del pláminógeno tipo del pláminógeno tipo
uroquinasa: uPAuroquinasa: uPA
ProMMPProMMPNN CCProuPAProuPA
uPAuPA
Degradación deDegradación deComponentes de Componentes de Matriz extracelularMatriz extracelular
PlasminaPlasmina
PlasminógenoPlasminógenoNN CC
PAIs
TIMPs
Inhibidores endógenos:• PAIS: Inhibidor(es) del activador del plasminógeno• TIMPs: Inhibidor(es) tisulares de metaloproteasas
Proteolisis focalizada en el frente de invasión de carcinomasProteolisis focalizada en el frente de invasión de carcinomas
Activación de proteasas por receptores de membrana: uPAActivación de proteasas por receptores de membrana: uPA
uPA: uPA: activoactivo
PlasminaPlasmina
Pro-uPA: inactivoPro-uPA: inactivo
uPAR:uPAR:Receptor uPAReceptor uPA
MECMECPA
IsPA
Is
Proteasa de amplioProteasa de amplioespecto: acción sobreespecto: acción sobre
colágenos, fibronectina, colágenos, fibronectina, laminina, PGs,etclaminina, PGs,etc
PlasminógenoPlasminógeno
PlasminaPlasmina
SeñalizaciónSeñalizaciónintracelularintracelular
Degradación de la matriz extracelularDegradación de la matriz extracelular
Principales tipos de Proteasas implicadasPrincipales tipos de Proteasas implicadas
MetaloproteasaMetaloproteasass
Constituyen una familia de moléculas, caracterizadas por el requerimiento de Constituyen una familia de moléculas, caracterizadas por el requerimiento de metales (Zn) para su actividad enzimática. metales (Zn) para su actividad enzimática.
Se clasifican de acuerdo a su estructura, especificidad de sustrato, localización Se clasifican de acuerdo a su estructura, especificidad de sustrato, localización celular y susceptibilidad a diferentes inhibidores.celular y susceptibilidad a diferentes inhibidores.
Serin-proteasasSerin-proteasas
El sistema activador del plasminógeno tipo uroquinasa esta formado por las El sistema activador del plasminógeno tipo uroquinasa esta formado por las proteasa uPA, su receptor uPAR, inhibidores PAI y el plasminógenoproteasa uPA, su receptor uPAR, inhibidores PAI y el plasminógeno
• Metaloproteasas (Metaloproteasas (MMPsMMPs, ADAMs), ADAMs)• Serin proteasasSerin proteasas: activador del plasminógeno tisular, TPA y : activador del plasminógeno tisular, TPA y tipo uroquinasa (tipo uroquinasa (uPAuPA))
•Aspartil proteasas (catepsina D)Aspartil proteasas (catepsina D)• Cisteín proteasas (catepsinas B, C, H, L)Cisteín proteasas (catepsinas B, C, H, L)•Treonin proteasasTreonin proteasas
Subfamilias de MMPs: sustratosSubfamilias de MMPs: sustratosGrupoGrupo Nombre descriptivoNombre descriptivo Sustratos principalesSustratos principalesNombreNombre
DominioDominiomínimomínimo
MMP-7MMP-7MMP-26MMP-26
MatrilisinasMatrilisinas PGs, laminina, fibronectina, PGs, laminina, fibronectina, colágenos no fibrilares, (gelatina)colágenos no fibrilares, (gelatina)
ColagenasasColagenasas Colagenasa-1Colagenasa-1Colagenasa-2Colagenasa-2Colagenasa-3Colagenasa-3
MMP-1MMP-1MMP-8MMP-8MMP-13MMP-13
Colágenos fibrilares I,II,III,VII,X,Colágenos fibrilares I,II,III,VII,X,(Gelatina, entactina, tenascina)(Gelatina, entactina, tenascina)
EstromelisinasEstromelisinas Estromelisina-1Estromelisina-1Estromelisina -2Estromelisina -2Estromelisina -3Estromelisina -3
MMP-3MMP-3MMP-10MMP-10MMP-11MMP-11
PGs, laminina, fibronectina, PGs, laminina, fibronectina, colágenos no fibrilares, (gelatina)colágenos no fibrilares, (gelatina)Laminina, fibronectina, agrecanoLaminina, fibronectina, agrecano
GelatinasasGelatinasas Gelatinasa AGelatinasa AGelatinasa BGelatinasa B
MMP-2MMP-2MMP-9MMP-9
Colágenos no fibrilares IVColágenos no fibrilares IV,V, gelatina,V, gelatinaLamininaLaminina, fibronectina, agrecano, fibronectina, agrecano
Asociadas aAsociadas amembranamembrana
MT1-MMPMT1-MMPMT2-MMPMT2-MMPMT3-MMPMT3-MMPMT4-MMPMT4-MMPMT5-MMPMT5-MMP
MMP-14MMP-14MMP-15MMP-15MMP-16MMP-16MMP-17MMP-17MMP-24MMP-24
Colágenos, gelatina, fibronectina, PGColágenos, gelatina, fibronectina, PG
Pro-MMP-2Pro-MMP-2 (pro-MMP-13) (pro-MMP-13)
OtrasOtras MetaloelastasaMetaloelastasaEnamelisinaEnamelisina
MMP-12MMP-12MMP-20MMP-20
Elastina, diversos componentes MECElastina, diversos componentes MEC
Lámina basalLámina basal
MMPMMP Sustrato Sustrato SíntesisSíntesis
Metaloproteasas deMetaloproteasas de
membranamembrana
MT1-MMPMT1-MMP
MT2-MMPMT2-MMP
Tipos principales de metaloproteasas implicadas en invasiónTipos principales de metaloproteasas implicadas en invasión
Colágenos II, III, VII, X, Colágenos II, III, VII, X,
FN, LN, PGFN, LN, PG
Colágenos II, I, III, FN, LN, PGColágenos II, I, III, FN, LN, PG
ColagenasasColagenasas
Colagenasa 1 MMP1Colagenasa 1 MMP1
Colagenasa 3 MMP13Colagenasa 3 MMP13
FN, LN, PG, FN, LN, PG,
plasminógeno, plasminógeno,
elastinaelastina
EstromelisinasEstromelisinas
Estromelisina 1 MMP3Estromelisina 1 MMP3
Estromelisina 2 MMP10Estromelisina 2 MMP10
Matrilisina MMP7Matrilisina MMP7
Colágeno IVColágeno IV, V, FN, , V, FN,
LN, PG LN, PG
GelatinasasGelatinasas
Colagenasa IVA: MMP2Colagenasa IVA: MMP2
Colagenasa IVB: MMP9Colagenasa IVB: MMP9
Estroma tumoralEstroma tumoral
Estroma tumoralEstroma tumoral
Estroma tumoralEstroma tumoral
Estroma tumoralEstroma tumoral
Estroma tumoralEstroma tumoral
C. tum/end/estromaC. tum/end/estroma
C. tum/estromaC. tum/estroma
Células tumoralesCélulas tumorales
Expresión en CarcinomasExpresión en Carcinomas
Colorectal, pulmónColorectal, pulmón
MamaMama
MamaMama
Mama, colon, gástrico, Mama, colon, gástrico,
tiroides, broncolaveolar.tiroides, broncolaveolar.
Pulmón, basocelular yPulmón, basocelular y
escamoso.escamoso.
Cabeza y cuelloCabeza y cuello
Cabeza y cuelloCabeza y cuello
Gástrico, ColorectalGástrico, Colorectal
MMP2: MMP2: activaactiva
PlasminaPlasminaPro-MMPs: inactivasPro-MMPs: inactivas
MMPs: MMPs: activaactiva
Receptor Receptor MT1-MMPMT1-MMP
Pro-MMP2: inactivaPro-MMP2: inactiva
L. BasalL. Basal
MECMEC
Activación de proteasas por receptores de membrana: MMPsActivación de proteasas por receptores de membrana: MMPs
Degradación de matriz Degradación de matriz extracelularextracelular
Posiblemente implicadas en Posiblemente implicadas en crecimiento y supervivenciacrecimiento y supervivencia
SeñalizaciónSeñalizaciónintracelularintracelular
vv33
TIMPs
TIMPs
u-PARu-PAR
Proteolisis focalizada. Cooperación de células tumorales y el “entorno”Proteolisis focalizada. Cooperación de células tumorales y el “entorno”
MT-MMPMT-MMP
pro-MMPspro-MMPs
pro-uPApro-uPA
MMPsMMPs
uPAuPA
PlasminaPlasmina
PGPG
CélulaCélulaTumoralTumoral
MacrófagoMacrófago
Células delCélulas delEstromaEstroma
Activación HGF/SF, bFGF, TGF
PAIs
PAIs
TIMPs
TIMPs
Funciones clásicasFunciones clásicas
IntravasaciónIntravasaciónInvasiónInvasión ExtravasaciónExtravasación
MigraciónMigración
Funciones de MMPs en la progresión tumoralFunciones de MMPs en la progresión tumoral
Funciones adicionalesFunciones adicionales
CrecimientoCrecimiento
CrecimientoCrecimientoAngiogénesisAngiogénesis
Tumor primarioTumor primario
MetástasisMetástasis
C. Overall and C. López-Otín, Nat. Rev. Cancer, 2: 657-672 (2002)
Inhibidores de proMMPs en ensayos clínicosInhibidores de proMMPs en ensayos clínicos
2. Degradación de MEC2. Degradación de MEC 3. Adquisición de motilidad3. Adquisición de motilidady migracióny migración
Participación de integrinasy cambios en el citoesqueleto
Activación de proteasas y degradaciónde matriz extracelular
Cambios asociados a la motilidad y migraciónCambios asociados a la motilidad y migración
1. Cambios en la expresión de integrinas: asociados a cambios del entorno celular1. Cambios en la expresión de integrinas: asociados a cambios del entorno celularAumento de integrinas pro-migratoriasAumento de integrinas pro-migratorias
2. Incremento de la degradación de la matriz extracelular: proteasas2. Incremento de la degradación de la matriz extracelular: proteasas
3. Cambios en el citoesqueleto celular: 3. Cambios en el citoesqueleto celular: Citoesqueleto de actina: Rho GTPasas Citoesqueleto de actina: Rho GTPasas Citoesqueleto de tubulina:Dinamica de microtubulosCitoesqueleto de tubulina:Dinamica de microtubulosFilamentos intermedios: CitoqueratinasFilamentos intermedios: Citoqueratinas
4. Implicación de factores de motilidad celular del entorno tumoral:4. Implicación de factores de motilidad celular del entorno tumoral:Factores de crecimientoFactores de crecimientoFactores quimioatrayentesFactores quimioatrayentes
Dinámica de contactos focales y lamelipodios durante la migración celularDinámica de contactos focales y lamelipodios durante la migración celular
1. Polarización celular1. Polarización celular
2. Interacción con 2. Interacción con substratosubstrato
3. Proteolisis pericelular3. Proteolisis pericelular
4. Contracción de actina4. Contracción de actina
5. Retracción y translocación5. Retracción y translocación
Sahai & Marshall, Nat. Rev. Cancer, 2: 133-142 (2002)
Participación de Rho GTPasas en diferentes etapas de metástasisParticipación de Rho GTPasas en diferentes etapas de metástasis
FACTORES DE MOTILIDAD CELULAR IMPLICADOS EN INVASION TUMORALFACTORES DE MOTILIDAD CELULAR IMPLICADOS EN INVASION TUMORAL
•AMF: Autocrine Motility Factor Secretado por células tumorales
•HGF/SF: Hepatocyte Growth Factor/Scatter Factor Secretado mayoritariamente por células del estroma tumoral Actúa a través del receptor c-Met (tirosina quinasa) Disocia células epiteliales e induce su motilidad Induce la expresión del sistema uPA-uPAR Modulado por IL-1, secretada por células tumorales
OTROS FACTORES DE CRECIMIENTO- FGFb (básico)- TGF- PDGF- IGF-1
Principios básicos comunes a la generación Principios básicos comunes a la generación y progresión del cáncer:y progresión del cáncer:
1.- Proceso multisecuencial: 1.- Proceso multisecuencial: mutaciones en protooncogenes y genes supresoresmutaciones en protooncogenes y genes supresores
2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño de protooncogenes y genes supresores de protooncogenes y genes supresores ““capacidades adquiridas”:capacidades adquiridas”:
. Crecimiento independiente de señales externas. Crecimiento independiente de señales externas
. Evasión de muerte celular programada (apoptosis). Evasión de muerte celular programada (apoptosis)
. Capacidad de replicación ilimitada. Capacidad de replicación ilimitada
. . Cambios en el fenotipo tumoralCambios en el fenotipo tumoral
4.- Neovascularización sostenida: angiogénesis4.- Neovascularización sostenida: angiogénesis
3.- Capacidad de invasión y metástasis3.- Capacidad de invasión y metástasis
5.- Homeostasis tumoral: 5.- Homeostasis tumoral: Interacciones células tumorales-células huéspedInteracciones células tumorales-células huésped
Migración hacia la masa tumoral y formación de nuevos vasos sanguíneosMigración hacia la masa tumoral y formación de nuevos vasos sanguíneos
ETAPAS DEL PROCESO ANGIOGÉNICOETAPAS DEL PROCESO ANGIOGÉNICO
Degradación de la membrana que rodea los vasos sanguíneosDegradación de la membrana que rodea los vasos sanguíneos
Estimulación autocrina y paracrina entre las células endoteliales y las células Estimulación autocrina y paracrina entre las células endoteliales y las células tumorales con capacidad angiogénica: Proliferación de las células endotelialestumorales con capacidad angiogénica: Proliferación de las células endoteliales
Angiogénesis: Equilibrio entre activadores e inhibidoresAngiogénesis: Equilibrio entre activadores e inhibidores
VEGFVEGF
Homodímero de 46 Kda.Homodímero de 46 Kda.
Su expresión está muy incrementada en las Su expresión está muy incrementada en las células tumorales, y mediada por el oncogen células tumorales, y mediada por el oncogen Ras, estradiol, HIF-1, mutaciones en p53.Ras, estradiol, HIF-1, mutaciones en p53.
La falta de expresión durante el desarrollo es La falta de expresión durante el desarrollo es letal.letal.
Existen diferentes receptores para el factor Existen diferentes receptores para el factor VEGF (1-3), todos ellos con actividad tirosina VEGF (1-3), todos ellos con actividad tirosina quinasa.quinasa.
Células endotelialesCélulas endoteliales
Forman vasos débiles y diferentes en forma y Forman vasos débiles y diferentes en forma y tamaño. Existe un incremento en la tamaño. Existe un incremento en la permeabilidad vascular.permeabilidad vascular.
Células Células tumorales con tumorales con
potencial potencial angiogénicoangiogénico
VEGF o VEGF o bFGFbFGF
• Proteínas estimuladoras Proteínas estimuladoras de la proliferación de la proliferación endotelial (bFGF, PDGF, endotelial (bFGF, PDGF, IGF1)IGF1)
Célula Célula endotelialendotelial
Receptor específico Receptor específico de membranade membrana
Células Células tumorales con tumorales con
potencial potencial angiogénicoangiogénico
VEGF o VEGF o bFGFbFGF
Receptor Receptor específico de específico de membranamembrana
Célula Célula endotelialendotelial
ICAM1, VCAMICAM1, VCAM, , vv3, 3, SelectinaSelectina
VE CadherinaVE Cadherina
Forman vasos débiles y diferentes en forma y Forman vasos débiles y diferentes en forma y tamaño. Existe un incremento en la tamaño. Existe un incremento en la permeabilidad vascular.permeabilidad vascular.
Incrementan la expresión de las moléculas de Incrementan la expresión de las moléculas de adhesiónadhesión como E-selectina e integrinas como como E-selectina e integrinas como la la vv33 (activador MMP2). (activador MMP2).
VEGFVEGF
Proteasas de matriz Proteasas de matriz extracelularextracelular
Célula endotelialCélula endotelial
•Proteasas que degradan la Proteasas que degradan la matriz extracelular (MMPs, matriz extracelular (MMPs, UPA)UPA)
vv33
Inhibidores del proceso angiogénicoInhibidores del proceso angiogénico
Factores solublesFactores solubles::
IFN- IFN- , -, -, IL-12, IL-12
Inhibidores de Inhibidores de activadores angiogénesisactivadores angiogénesis: : (anti-VEGF, receptores)(anti-VEGF, receptores)
Derivados de matriz Derivados de matriz extracelularextracelular::
EndostatinaEndostatina
AngiostatinaAngiostatina
TrombospondinaTrombospondina
Inhibidores de Inhibidores de metaloproteasas.metaloproteasas.
naturales (TIMPS)naturales (TIMPS)
sintéticossintéticos
Inhibidores de integrinasInhibidores de integrinas
Células Células tumorales tumorales
con con potencial potencial
angiogénicoangiogénico
VEGF o VEGF o bFGFbFGF
Célula Célula endotelialendotelial
Angiostatina,Endostatina, TNP 470
MMPs MMPs proteasasproteasas
IFN Anti VEGFSU5416SU6668
TIMPsBMS275291
EMD 121974
endostatinaendostatina
183 aa
Colágeno XVIIIColágeno XVIII
NN CC
Colágeno XVIIIColágeno XVIIIangiostatinaangiostatina
290 aa
PlasminógenoPlasminógeno
NN CC
PlasminaPlasmina
Productos anti-Productos anti-angiogénicosangiogénicos
Inhibición de angiogénesis a diferentes nivelesInhibición de angiogénesis a diferentes niveles
R. Kerbel and J. Folkman, Nat. Rev. Cancer, 2: 727-739 (2002)
Inhibidores directos de angiogénesis en ensayos clínicosInhibidores directos de angiogénesis en ensayos clínicos
VEGF)
v1)
v3)
Inhibidores indirectos de angiogénesisInhibidores indirectos de angiogénesis
R. Kerbel and J. Folkman, Nat. Rev. Cancer, 2: 727-739 (2002)
Cancer mamaCancer mama(anti-prolif)(anti-prolif)
Principios básicos comunes a la generación Principios básicos comunes a la generación y progresión del cáncer:y progresión del cáncer:
1.- Proceso multisecuencial: 1.- Proceso multisecuencial: mutaciones en protooncogenes y genes supresoresmutaciones en protooncogenes y genes supresores
““capacidades adquiridas”:capacidades adquiridas”:2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño2.- Acumulación de mutaciones en un número relativamente pequeño de protooncogenes y genes supresores de protooncogenes y genes supresores
. Crecimiento independiente de señales externas. Crecimiento independiente de señales externas
. Evasión de muerte celular programada (apoptosis). Evasión de muerte celular programada (apoptosis)
. Capacidad de replicación ilimitada. Capacidad de replicación ilimitada
. Cambios en el fenotipo tumoral. Cambios en el fenotipo tumoral
3.- Capacidad de invasión y metástasis3.- Capacidad de invasión y metástasis
4.- Neovascularización sostenida: angiogénesis4.- Neovascularización sostenida: angiogénesis
5.- Homeostasis tumoral: 5.- Homeostasis tumoral: Interacciones células tumorales-células huéspedInteracciones células tumorales-células huésped
• Teoría de la semilla “seed” y el sustrato “soil” (Stephen Paget, 1889)Teoría de la semilla “seed” y el sustrato “soil” (Stephen Paget, 1889)
La metástasis no se produce al azar, las células capaces de La metástasis no se produce al azar, las células capaces de migrar tienen especificidad por cierto órganos debido al migrar tienen especificidad por cierto órganos debido al microambiente en el que se tienen que desarrollar.microambiente en el que se tienen que desarrollar.
• Teoría de la expansión mecánica (James Ewing, 1920)Teoría de la expansión mecánica (James Ewing, 1920) La metástasis no se produce al azar, la colonización de sitios La metástasis no se produce al azar, la colonización de sitios secundarios es debida a las fuerzas mecánicas circulatorias. Corrientes secundarios es debida a las fuerzas mecánicas circulatorias. Corrientes sanguineas y diametro de los vasos.sanguineas y diametro de los vasos.
• Teoría seed and soil “actualizada” (Isaiah Fidler, 2003)Teoría seed and soil “actualizada” (Isaiah Fidler, 2003) La metástasis no se produce al azar, la colonización de sitios La metástasis no se produce al azar, la colonización de sitios secundarios es debida a las fuerzas mecánicas circulatorias y en secundarios es debida a las fuerzas mecánicas circulatorias y en
sitios donde el microambiente es adecuado para el desarrollo sitios donde el microambiente es adecuado para el desarrollo de un tumor secundario.de un tumor secundario.
Fidler, Nat. Rev. Cancer, 3: 1-6 (2003)
La metástasis se origina en un entorno único, por lo que las La metástasis se origina en un entorno único, por lo que las “comunicaciones” entre la célula tumoral y el entorno metastático “comunicaciones” entre la célula tumoral y el entorno metastático son cruciales en el desarrollo tumoral secundario. son cruciales en el desarrollo tumoral secundario.
• La metástasis es un proceso selectivo: Factores homeostáticosLa metástasis es un proceso selectivo: Factores homeostáticos
Factores homeostáticos: factores que promueven el crecimiento y supervivencia tumoral Factores homeostáticos: factores que promueven el crecimiento y supervivencia tumoral
•Cáncer de mama o próstata con metástasis en hueso: Cáncer de mama o próstata con metástasis en hueso: TGFTGF, IGF, PThrP, IGF, PThrP (proteina relacionada con la hormona paratiroidea)(proteina relacionada con la hormona paratiroidea)
•Cáncer de colon con metastasis en hígado: Cáncer de colon con metastasis en hígado: EGF, TGF-EGF, TGF-..
•Cáncer de mama con metástasis en nódulos lifaticos, pulmón, higado y hueso: debidoCáncer de mama con metástasis en nódulos lifaticos, pulmón, higado y hueso: debido a que células tumorales expresan a que células tumorales expresan receptores de quimioquinas CXCR4 y CCR7receptores de quimioquinas CXCR4 y CCR7 y los y los ligandos (CXCL12 y CCL21)ligandos (CXCL12 y CCL21) se expresan en esos organos. se expresan en esos organos.
Chambers, A.F. et al., Nat. Rev. Cancer, 2: 563-572 (2002)
Pantel, K. et al., Nat. Rev. Cancer, 4: 448-456 (2004)
• La metástasis es un proceso selectivo: Marcadores molecularesLa metástasis es un proceso selectivo: Marcadores moleculares
Estudios recientes de expresión génica diferencial:Estudios recientes de expresión génica diferencial:Comparación células tumor primario y metástasisComparación células tumor primario y metástasis(“Microarrays”)(“Microarrays”)
• Presencia de células pro-metastásicas en el tumor primario: “Firma genética metastásica” (“Metastatic signature”) (Ramaswamy et al, 2003; van’t Veer et al., 2002)
• Necesaria expresión de genes adicionales para que la metástasis se manifieste y desarrolle (Kang et al., 2003; Yang et al., 2004)
• Necesaria expresión de genes específicos según el sitio específico de metástasis (p.ej., CTGF, ILN11 para metástasis ósea de carcinomas de mama;Kang et al., 2003)