Un oncoxene é un xene que ten a potencialidade de causar cancro.[1] En células tumorais, estes xenes están a miúdo mutados ou expresados a altos niveis.[2] O xene que funcionaba normalmente a partir do cal se orixinou o oncoxene (ao alterarse xeneticamente ou na súa expresión) denomínase protooncoxene. A proteína que se orixina a partir do oncoxene denomínase oncoproteína.
Ilustración de como unha célula normal se converte nunha célula cancerosa, cando se activa un oncoxene.
A maioría das células normais sofren unha forma programada de morte rápida (apoptose) cando as súas funcións esenciais están alteradas. Os oncoxenes activados poden causar que as células que estaban destinadas á apoptose sobrevivan e proliferen.[3] A maioría de oncoxenes requiren para causar cancro un paso adicional, como que haxa mutacións noutro xene, ou factores ambientais, como infeccións virais. Desde a década de 1970, identificáronse ducias de oncoxenes que actúan en cancros humanos. Moitos fármacos contra o cancro teñen como diana as proteínas codificadas por oncoxenes.[2][4][5][6]
O descubrimento e coñecemento dos oncoxenes confirmou que o cancro é unha doenza xenética coas seguintes matizacións:
O desenvolvemento dun cancro non é debido á expresión dun só oncoxene. Cómpre a acumulación de varios oncoxenes nunha soa célula (teoría clonal) ou un número determinado de oncoxenes iguais en varias células para que se manifeste o cancro.
Os oncoxenes non son a única causa do cancro. O sistema inmunitario tamén é un dos factores reguladores, ao eliminar células cancerosas (que manifestan oncoxenes) ou, ao contrario, non recoñecer as células malignas e permitir a súa supervivencia e proliferación. O cancro é un conxunto de doenzas multifactoriais, polo que os oncoxenes non son a súa única causa.
A primeira teoría sobre os oncoxenes formulouna o físico danés Niels Henrik Arley arredor de 1950, pero foi rexeitada polos seus contemporáneos que a consideraban sen sentido. Posteriormente o termo "oncoxene" foi reutilizado en 1969 polos científicos do Instituto Nacional do Cancro dos Estados Unidos, George Todaro e Robert Heubner.[7]
O primeiro oncoxene confirmado descubriuse en 1970 e denominouse src. O src foi descuberto nun retrovirus de polo. Experimentos realizados polo Dr. G. Steve Martin da Universidade de California, Berkeley demostraron que o src era en realidade o oncoxene do virus.[8] A primeira secuencia de nucleótidos do v-src obtivérona en 1980 A. P. Czernilofsky et al.[9]
En 1976 os Drs. Dominique Stehelin, J. Michael Bishop e Harold E. Varmus da Universidade de California, San Francisco demostraron que os oncoxenes eran protooncoxenes activados, que se encontran en moitos organismos incluíndo os humanos. Por este descubrimento, que probaba a "teoría do oncoxene" de Todaro e Heubner, Bishop e Varmus foron galardoados co Premio Nobel de Medicina en 1989.[10]
As oncoproteínas son aquelas proteínas que están codificadas por un oncoxene e xogan un papel importante na regulación ou a síntese de proteínas ligadas ao crecemento de células tumorixénicas. Algunhas oncoproteínas son usadas como marcadores de tumores.
Un protooncoxene é un xene normal que, debido aos procesos celulares nos que intervén que poden afectar á proliferación celular, pode converterse en oncoxene debido a mutacións ou a un incremento da súa expresión. Outros xenes que non interveñen neses procesos (non afectan á proliferación celular), aínda que estean mutados, non orixinan oncoxenes (nin, por tanto, cancro) e non se consideran protooncoxenes. A proteína que está codificada por un oncoxene denomínase oncoproteína.[11] Os protooncoxenes codifican proteínas que axudan a regular o crecemento celular e a diferenciación. Os protooncoxenes están xeralmente implicados na transdución de sinais e na execución de sinais mitoxénicos, normalmente por medio dos seus produtos proteicos. Cando se activa, un protooncoxene (ou o seu produto) convértese nun oncoxene, é dicir, un axente indutor de tumores.[12] Exemplos de protooncoxenes son: RAS, WNT, MYC, ERK, e TRK. O xene MYC está implicado no linfoma de Burkitt, que se orixina cando unha translocación cromosómica move unha secuencia amplificadora (enhancer) ás proximidades do xene MYC. O xene MYC codifica factores de transcrición moi utilizados. Cando a secuencia amplificadora está situada nun lugar incorrecto, estes factores de transcrición prodúcense nunha proporción moito maior da normal. Outro exemplo de oncoxene é o xene Bcr-Abl que se encontra no cromosoma Filadelfia, un fragmento de material xenético anormal que está presente nos casos de leucemia mieloxénica crónica e que se orixina pola translocación de fragmentos desde os cromosomas 9 e 22. O xene Bcr-Abl codifica unha tirosina quinase, a cal é constitutivamente activa, o que dá lugar a unha proliferación celular incontrolada (véxase máis abaixo).
Nalgúns casos, os oncoxenes de orixe viral proceden en realidade e xenes celulares que nalgún momento foron secuestrados polo virus e mutaron, dando como resultado un xene con potencialidade canceríxena. Á forma viral ou maligna do oncoxene se lle antepón un v (v-src, por exemplo no caso do sarcoma de Rous) e á forma benigna, normal ou celular se lle antepón un c (c-src). Un gran número de oncoxenes identificados en retrovirus entra dentro deste grupo, por exemplo os oncoxenes abl, erb-B, fes, fms, fos/jun, kit, raf, myc, H-ras, K-ras, rel e sis, ademais do xa mencionado src.
Activación
Transformación dun protooncoxene en oncoxene.
O protooncoxene pode converterse en oncoxene por medio de modificacións relativamente pequenas. Hai varios métodos básicos de activación destes xenes:
Mutacións. Unha mutación no protooncoxene ou na súa rexión reguladora (por exemplo a rexión promotora). Ás veces a mutación pode ser unha mutación puntual que afecta a un só nucleótido e orixina unha oncoproteína alterada, como ocorre no oncoxene ras, que modifica un codón a causa do cal substitúese na proteína a glicina por valina. Oncoxenes homólogos como o H-RAS, K-RAS e N-RAS tamén posúen mutacións puntuais noutras localizacións. Os puntos onde se producen ditas mutacións son críticos para o control do crecemento celular normal, xa que no caso do oncoxene ras, as mutacións impiden a conversión da forma activa á inactiva, coa conseguinte alteración no control da proliferación celular. Outra forma de mutación pode ser a deleción de parte do material xenético. A perda de material xenético nun cromosoma pode activar un oncoxene por medio de tres mecanismos: (1) pode perderse unha secuencia inhibidora do protooncoxene (causa sobreexpresión); (2) pode provocar que o oncoxene quede máis preto dunha secuencia promotora (causa sobreexpresión); (3) pode afectar a un xene supresor tumoral, e adoita ser o mecanismo probablemente máis importante polo que unha perda cromosómica pode activar un oncoxene.
As mutacións nos protooncoxenes poden causar un cambio na estrutura da proteína codificada, causando:
Un incremento na actividade da proteína (encima) codificada.
Amplificación xénica. O aumento do número de copias dun mesmo protooncoxene do xenoma pode chegar a ser de varias miles de veces. Os cromosomas dos tumores con oncoxenes amplificados desta maneira posúen trastornos estruturais que se visualizan doadamente no cariotipo. En varios tumores detectouse a amplificación oncoxénica e o grao de amplificación está moi relacionado co estadio e prognóstico do tumor. A sobreexpresión por amplificación do oncoxene n-myc produce o neuroblastoma, aínda que tamén se encuentra noutros tumores. Os protooncoxenes amplificados nos tumores humanos pertencen sobre todo a unha destas tres familias: erb B, ras ou myc.
Incremento de proteínas. Un incremento na cantidade de certas proteínas (concentración de proteínas) que afecta ao protooncoxene, causada por:
Un incremento da expresión de certas proteínas (por unha mala regulación).
Un incremento da estabilidade de certas proteínas (ou do seu ARNm), que prolonga a súa duración na célula e, por tanto, a súa actividade.
Inserción dun promotor viral. Algúns retrovirus conteñen unha secuencia promotora chamada LTR (Long Terminal Repeat, en inglés, ou repetición terminal longa), que cando se incorpora ao ADN da célula infectada adxacente ás secuencias reguladoras dun protooncoxene, prodúcese un aumento na expresión dese xene que queda baixo o control do promotor viral LTR, producíndose alteracións no crecemento e diferenciación celular.
Translocacións que recolocan un protooncoxene nun novo lugar cromosómico, o que causa unha maior expresión do xene. Por exemplo, o protooncoxene c-myc está situado no cromosoma 8 e pode trasladarse ao cromosoma 14. Esta nova posición produce unha sobreexpresión da proteína que codifica, dando lugar ao linfoma de Burkitt.
Translocacións que orixinan unha fusión entre un protooncoxene e outro xene (isto crea unha proteína de fusión cunha actividade cancerosa/oncoxénica incrementada).
A expresión dunha "proteína híbrida" constitutivamente activa. Este tipo de mutación nunha célula nai en división da medula ósea orixina unha leucemia en adultos.
O cromosoma Filadelfia é un exemplo deste tipo de translocacións. Este cromosoma descubrírono en 1960 Peter Nowell e David Hungerford, e consiste na fusión de partes do ADN dos cromosomas 22 e 9. O extremo roto do cromosoma 22 contén o xene BCR, que se fusiona cun fragmento do cromosoma 9 que contén o xene ABL1. Cando estes dous fragmentos de cromosomas se fusionan tamén se fusionan eses xenes formando un novo xene chamado BCR-ABL. Este xene fusionado codifica unha proteína que presenta unha alta actividade de tirosina quinase (esta actividade débese á metade da proteína correspondente ao xene ABL1). A expresión non regulada desta proteína activa outras proteínas que están implicadas no ciclo celular e división celular, o cal pode causar que a célula se divida incontrolablemente, converténdose en cancerosa. Como resultado, o cromosoma Filadelfia está asociado coa leucemia mielóxena crónica e con outras formas de leucemia.[13]
A expresión de oncoxenes pode ser regulada por microARNs (miRNAs), que son pequenos ARNs de 21 a 25 nucleótidos de lonxitude que controlan a expresión de xenes ao regulalos á baixa.[14] As mutacións nestes microARNs (coñecidas como oncomires) poden causar a activación de oncoxenes.[15] Os ARNmantisentido poderían teoricamene utilizarse para bloquear este efecto oncoxénico.
Ademais o estado de metilación do ADN pode afectar ao comportamento dos oncoxenes. Estímase que entre un 2 e un 7% dos residuos de citosina do ADN están metilados. Cando os grupos metilo (CH3) se localizan en secuencias de ADN promotoras de xenes, a iniciación da transcrición está mecanicamente interferida, e o grao de transcrición é inversamente proporcional á metilación. A diminución de grupos metilo (hipometilación) nas bases de citosina dunha secuencia promotora dun protooncoxene, activa a súa transcrición e a posible transformación maligna a un oncoxene.
Hai varios sistemas para clasificar os oncoxenes,[16][17] pero non hai aínda un estándar aceptado universalmente.
familia do Src, familia do Syk-ZAP-70, e familia da BTK de tirosina quinases, o xene Abl no cromosoma Filadelfia da leucemia mielóxena crónica
cancros de mama e colorrectais, melanomas, cancros de ovario, cancro gástrico, cancros de cabeza e pescozo, cancro pancreático, cancro de pulmón, cacros de cerebro, e cancros de sangue[20]
melanoma maligno, cancro tiroide papilar, cancro colorrectal, e cancro de ovario[22]
implicado no desenvolvemento do organismo, regulación do ciclo celular, proliferación celular, diferenciación, supervivencia das células, e apoptose[23]
linfomas de célula T malignos e leucemias mieloides agudas, cancro de mama, cancro pancreático, retinoblastoma, e cancro de pulmón de células pequenas[26]
regulan a transcrición de xenes que inducen a proliferación celular
Información máis detallada sobre a Táboa anterior:
Os factores de crecemento son xeramente secretados por células especializaas ou non especializadas para inducir a proliferación celular nas propias células, en células veciñas ou en células distantes. Un oncoxene pode causar que unha célula segregue factores de crecemento mesmo se non o fai normalmente. Isto inducirá a súa propia proliferación incontrolada (bucle autócrino), e a proliferación das células veciñas. Pode causar tamén a produción de hormonas que favorecen o crecemento noutras partes do corpo.
As tirosina quinases de receptores engaden grupos fosfato a outras proteínas para activalas ou inhibilas. As quinases de receptores engaden grupos fosfato a proteínas receptoras na superficie da célula (os cales reciben sinais de proteínas de fóra da célula e transmítenas ao interior da célula). As tirosina quinases engaden grupos fosfato ao aminoácidotirosina na proteína diana. Poden causar cancro ao activaren o receptor permanentemente (constitutivamente), mesmo sen que actúen sinais desde fóra da célula.
Ras é unha pequena GTPase que hidroliza o GTP a GDP e fosfato. Ras é activada por sinalización por factores de crecemento (é dicir, EGF, TGF beta) e actúa como un interrutor binario (apaga/encende) en vías de sinalización do crecemento. Efectores situados augas abaixo de Ras son tres proteína quinases activadas por mitóxeno: Raf (unha MAP quinase quinase quinase ou MAPKKK), MEK (unha MAP quinase quinase ou MAPKK), e ERK, (unha MAP quinase ou MAPK, que á súa vez regula xenes que son mediadores na proliferación celular).
Segundo o lugar de acción
Os oncoxenes poden codificar proteínas que actúan a diferentes niveis da fervenza de sinalización que activa a proliferación celular:[27]
Extracelular: exceso de produción de factores de crecemento
Neste caso, os oncoxenes forzan a célula a producir un exceso de factores de crecemento; estes factores inflúen non só sobre as células veciñas, senón que ademais poden activar a proliferación das células que os produciron:
sarcomas e gliomas (tumores de tecidos conectivos e de células do cerebro non neuronais, respectivamente) liberan gran cantidade de PDGF;
outros tipos tumorais expresan demasiado TGF-alfa;
os oncoxenes sis, int-2 e hst estimulan a proliferación celular.
Membrana: receptores modificados
Prodúcense versións oncoxénicas de receptores celulares para factores de crecemento, que transmiten un sinal de proliferación cara ao interior celular en ausencia de factores de crecemento no exterior:
as células tumorais de mama a miúdo expresan receptores Erb-B2 que funcionan deste modo;
outros exemplos son os oncoxenes src ou fms.
Citoplasma: fervenzas de sinalización constitutivas
Xéranse versións oncoxénicas de proteínas citoplásmicas da fervenza de sinalización que se manteñen activas sempre:
o caso mellor estudado é o da familia de proteínas Ras; os produtos da familia Ras únense a GTP, asócianse a GTPases e actúan como transdutores de sinais para receptores de factores de crecemento na superficie celular; o oncoxene Ras mutado actúa constitutivamente, uníndose sempre a GTP; formas de Ras hiperactivo están presentes nunha cuarta parte de todos os tumores humanos, incluíndo carcinomas (tumores epiteliais) de colon, páncreas e pulmón;
por exemplo a proteína c-Raf pode ir ao núcleo para exercer a función recibida na membrana activada, actuando como segundo mensaxeiro; a forma oncoxénica de Raf perdeu as secuencias reguladoras do extremo amino e está constitutivamente activa;
outro tipo, c-Crk, é unha proteína citoplasmática que estabiliza as tirosina quinases.
Núcleo: factores de transcrición ou secuencias asociadas constitutivas
Prodúcense versións oncoxénicas de factores de transcrición ou secuencias asociadas que funcionan continuamente:
a alteración oncoxénica dos factores de transcrición convérteos en oncoproteínas con perda dos seus elementos negativos ou perda do seu dominio activo (mutación dominante negativa):
familia de factores de transcrición myc); normalmente, as células só producen Myc cando son estimuladas mediante factores de crecemento, e unha vez producidos estimulan a transcrición de xenes que activan a proliferación celular; porén, en moitos tipos de cancro (sobre todo nos asociados cos tecidos hematopoéticos), os niveis de Myc permanecen elevados aínda en ausencia de factores de crecemento;
outros oncoxenes que codifican factores de transcrición constitutivos son myb, fos, jun, erb-A e rel.
modificación de secuencias reguladoras que están próximas a xenes codificantes, compostos por segmentos curtos de ADN que serven como diana para os factores de transcrición que activan os xenes codificantes; moitas destas secuencias reguladoras localízanse fóra das secuencias codificadoras de proteínas, na zona do ADN non codificante, que pode representar o 97% do xenoma humano.
Aínda que os xenes nucleares teñen a capacidade de perpetuar a proliferación celular, non teñen a capacidade de formar tumores malignos. Para adquiriren a capacidad tumoroxénica é preciso que se produza a activación dun segundo oncoxene, xeralmente citoplasmático, polo que para que apareza un tumor maligno cómpre a activación de varios oncoxenes.
Negrini M, Ferracin M, Sabbioni S, Croce CM; Ferracin; Sabbioni; Croce (Jun 2007). "MicroRNAs in human cancer: from research to therapy". J Cell Sci.120 (Pt 11): 1833–40. PMID17515481. doi:10.1242/jcs.03450.
Esquela-Kerscher A, Slack FJ; Slack (Apr 2006). "Oncomirs - microRNAs with a role in cancer". Nat Rev Cancer6 (4): 259–69. PMID16557279. doi:10.1038/nrc1840.
Press, Richard; Anita Misra; Glenda Gillaspy; David Samols; David A. Goldthwait2 (June 1, 1989). "Control of the Expression of c-sis mRNA in Human Glioblastoma Cells by Phorbol Ester and Transforming Growth Factor ß1". Cancer Research (49): 2914–2920.
Gschwind, Andreas; Fischer, Oliver M.; Ullrich, Axel (May 2004). "Timeline: The discovery of receptor tyrosine kinases: targets for cancer therapy". Nature Reviews Cancer4 (5): 361–370. PMID15122207. doi:10.1038/nrc1360.
Summy, Justin M.; Gallick, GE (1 January 2003). "Src family kinases in tumor progression and metastasis". Cancer and Metastasis Reviews22 (4): 337–358. PMID12884910. doi:10.1023/A:1023772912750.
Thomas, Sheila M.; Brugge, Joan S. (1 November 1997). "CELLULAR FUNCTIONS REGULATED BY SRC FAMILY KINASES". Annual Review of Cell and Developmental Biology13 (1): 513–609. PMID9442882. doi:10.1146/annurev.cellbio.13.1.513.
Garnett, Mathew J.; Marais, Richard (1 October 2004). "Guilty as charged: B-RAF is a human oncogene". Cancer Cell6 (4): 313–319. PMID15488754. doi:10.1016/j.ccr.2004.09.022.
