Células Madre Cancerosas PDF

a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 CÉLULAS MADRE CANCEROSAS El gran problema del uso de las células madre para la terapia celular es su relación con...

a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 CÉLULAS MADRE CANCEROSAS El gran problema del uso de las células madre para la terapia celular es su relación con la aparición del cáncer. PROLIFERACIÓN CELULAR: CICLO CELULAR Y CÁNCER Una célula proliferativa de nuestro organismo puede seguir 4 caminos distintos: - Quiescencia. Quedarse en reposo, sin proliferar, pero activas. Son células que están vigilando el medio todo el rato. Deciden no proliferar, aunque podrían hacerlo en cualquier momento. - Proliferación. La célula detecta que la proliferación sería beneficiosa para el mantenimiento del tejido. - Senescencia. Arresto proliferativo irreversible. Si la célula decide ir por el camino de la senescencia no puede volver a entrar en el ciclo celular. - Apoptosis. La célula puede entrar en muerte celular programada. El cáncer se desarrolla cuando la célula decide proliferar de modo descontrolado en vez de tomar alguno de los otros 3 caminos. La señalización relacionada viene dada por el ciclo celular, donde intervienen factores reguladores como factores de crecimiento, la disponibilidad de nutrientes, hormonas, citoquinas, etc. CICLO CELULAR Las células normales cuando no están proliferando están en el punto final de G1, en G0, que es la fase del ciclo en la que está una célula quiescente. Cuando están en G0, las células están vigilando el ambiente tanto externo como interno, lo que a nivel molecular significa vigilar si la proteína RB se fosforila o no. Existe un equilibrio entre supresores de tumores y proto-oncogenes. RB es fosforilada por una serie de quinasas dependiendo de los estímulos, de forma que cuando RB está suficientemente fosforilada se induce el paso de G1 a S y se inicia el ciclo celular. La entrada en el ciclo celular es irreversible y una vez que la célula entre en fase S, ya debe completar el ciclo entero. Por tanto, el paso a fase S es un checkpoint. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 Además, hay una serie de inhibidores de quinasas como p16 y p21 que inhiben la fosforilación de RB. Las quinasas y los inhibidores de quinasas dependen de multitud de factores, tanto internos como externos, para tomar la decisión de si fosforilan o no a RB, para que la Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. célula entre en el ciclo celular. Estos factores reguladores son: - La existencia de factores de crecimiento - Disponibilidad de nutrientes - Hormonas - Mitógenos específicos - Factores de muerte celular (ej: linfocitos T pueden liberar sustancias que inducen a la apoptosis) - Citoquinas - Interacciones célula-céula (el contacto entre células hace que la proliferación se limite) - Matriz extracelular - Factores internos (ej. Longitud de los telómeros, ya que si son excesivamente cortos la célula entra en senescencia; presencia de mutaciones, activación de genes oncogénicos, etc.) Las quinasas dependientes de ciclina, como favorecen la entrada del ciclo celular, son proto-oncogenes. Si el gen muta y tienen una ganancia de función, se podría fosforilar, aunque no tuviera los estímulos adecuados, provocando la fosforilación de RB y la entrada en ciclo sin que el ambiente sea propicio para la división. Los inhibidores de estas quinasas se conocen como genes supresores de tumores, porque si mutan y se produce una pérdida de función, no inhibiría la actividad de las quinasas cuando el medio se lo pidiera, y también provocaría la división de la célula, aunque el ambiente no sea propicio. Por otro lado, la señalización de entrada en senescencia se desencadena con varios estímulos y depende de p53, p16, p19, MDM, etc., que indican a la célula que no debe proliferar, sino que debe entrar en senescencia. Por ello, esta señalización también habría que saltársela para que se produzca cáncer. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 Lo mismo ocurre con la apoptosis, que se desencadena gracias a muchos estímulos, como la expresión de oncogenes. En esta señalización también encontramos a p53, razón por la cual se le conoce como el vigilante del estado celular y por la que la gran mayoría de los cánceres necesitan tenerlo mutado. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Como se puede apreciar, no existe un cáncer natural monogénico (se puede hacer en el laboratorio), ya que es necesario saltarse muchos controles con la mutación de proto- oncogenes y supresores de tumores para que se dé una proliferación descontrolada. PROLIFERACIÓN TUMORAL: ONCOGENES Y SUPRESORES Las proteínas que controlan el ciclo celular son los proto-oncogenes (al mutar pueden hacer que la célula entre en ciclo celular sin necesidad de hacerlo) y los supresores de tumores (al mutar, dejan de inhibir a los proto-oncogenes). Estos genes están muy regulados por factores reguladores tanto internos como externos. Cuando esa regulación se pierde y estos genes mutan y llevan a cabo su función sin necesidad de la regulación, es cuando ocurre el cáncer. Los proto-oncogenes mutan en oncogenes y los supresores de tumores mutan en pérdida de función. El control de la senescencia también tiene que fallar para aparecer el cáncer, como, por ejemplo, tiene que fallar p53, que también participa en la apoptosis. Si también se salta este paso, comienza a producirse el cáncer. Por tanto, el cáncer es un acumulo de mutaciones que llevan a la célula a proliferar cuando debería de elegir cualquiera de las otras tres opciones. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 CÉLULAS MADRE CANCEROSAS En un tejido normal, la población de células madre produce una autorrenovación, casi siempre asimétrica, que da lugar a progenitores restringidos que mantienen y reparan el tejido. Si hay una transformación oncológica de esa célula madre, se va a autorrenovar con mayor frecuencia e intensidad de lo normal, tendremos muchísimos más progenitores intermedios, mucha más diferenciación y, finalmente, la aparición de tumor por un crecimiento descontrolado de todo tipo de células. Una célula madre cancerosa es una célula madre específica de tejido que ha perdido la regulación de su autorrenovación. La autorrenovación está muy regulada y se ajusta en todo momento a las necesidades de mantenimiento o reparación de ese tejido, pero si se pierde esta regulación tan fina y se activa en situaciones en la que no debería, da lugar a una célula madre cancerosa. Por lo tanto, la hipótesis es que las células madre específicas de tejido son dianas preferentes de la transformación oncológica, porque son especialmente susceptibles de sufrir transformaciones y dar lugar a la formación de cáncer. Darán lugar a diferenciación aberrante. Si esta hipótesis acaba demostrándose tendría mucha relevancia en diferentes campos: - En terapia celular: se dejarían de usar estas células como tratamiento porque no podemos arriesgarnos a que el paciente pueda desarrollar un tumor cuando lo que queremos es tratarlo de otra patología. - En oncología: podríamos usar todo lo que sabemos de la biología de las células madre específicas de tejido para erradicar los tumores. Las células madre están sujetas a un equilibrio en la expresión de proto-oncogenes y supresores de tumores. Son células proliferativas y, por tanto, están expresando todas las quinasas dependientes de ciclinas, los inhibidores de quinasas, etc.; es decir, están expresando proto-oncogenes para su proliferación, pero lo hacen de forma controlada. Es importante la expresión de supresores tumorales, para evitar la proliferación descontrolada. Si este equilibrio se desbalancea: - Hacia el lado de los supresores tumorales: la célula madre acabará entrando en senescencia, impidiendo el mantenimiento y la reparación de los tejidos, lo que termina llevando a enfermedades degenerativas y envejecimiento. - Hacia el lado de los proto- oncogenes: se produce una proliferación masiva, Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 regeneración y mantenimiento del tejido, pero si los expresa demasiado dará una hiperproliferación benigna, y finalmente, cáncer. El cáncer es una enfermedad asociada al envejecimiento, la gran mayoría se produce en individuos mayores y hay muy pocos cánceres infantiles. Por ello, podemos decir que Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. el cáncer es un “mal envejecimiento”, porque consiste en que células que deberían haber envejecido y entrado en senescencia no lo hacen y, además, hacen lo contrario, proliferan demasiado. Una célula madre específica de tejido en el individuo joven está expresando sobre todo proto-oncogenes porque está en pleno crecimiento. Sin embargo, al final de la vida el equilibrio se debe desplazar hacia la derecha, de manera que se expresen muchos más supresores tumorales. Esto tiene que ser así, aparte de porque la fase de crecimiento es la fase infantil y es donde tienen que crecer los tejidos, porque las células madre son las mismas desde el individuo joven hasta el individuo adulto, por lo que el tiempo de vida media de una célula madre es el más grande de todo el organismo. Esto hace que se vayan acumulando mutaciones en ellas y vayan incrementando su riesgo de transformación oncológica, por lo que las células madre específicas de tejido deben expresar cada vez más supresores tumorales para disminuir el riesgo de sufrir esa transformación. Es un equilibrio dinámico que cambia a lo largo de la vida de la célula madre. Por tanto, las razones principales por las que las células madre específicas de tejido son dianas preferentes para sufrir una transformación oncológica son: - Para su propia función de célula madre y su capacidad de autorrenovación, tienen que expresar proto-oncogenes y supresores de tumores. - Tienen la vida media más duradera de todo el organismo, lo que hace que se acumulen más mutaciones que en ninguna otra célula del organismo. OBSERVACIONES PRELIMINARES No se había pensado jamás en que las células madre pudieran ser las causantes del cáncer, pero hubo una serie de observaciones preliminares sin necesidad de hacer experimentos en el laboratorio que llevaron a los investigadores a pensar en esa hipótesis: Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 A) Señalización En esta imagen se resume la autorrenovación de las células madre, que comprende la proliferación y el mantenimiento de la multipotencia. Para Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. conseguir estas dos funciones hay toda una batería de genes que actúan sólo sobre la proliferación, sólo sobre el mantenimiento de la multipotencia o en ambos. Vieron que esos mismos genes de autorrenovación de las células madre son los genes que se encontraban mutados en los tumores de esos mismos tejidos, lo que les hizo sospechar. Además, las mutaciones se corresponden perfectamente con el tejido. B) Jerarquía celular en el fenotipo tumoral En un tumor no todas las células son iguales, sino que hay células distintas y perfectamente estructuradas en una jerarquía, es decir, en los tumores hay pirámides de proliferación muy similares a lo que se encuentra en los tejidos normales. Esto significa que, si en un tejido normal encontramos las células madre que se Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 autorrenuevan gracias a su multipotencialidad, los progenitores restringidos y las células completamente diferenciadas. En un tumor también encontramos esa jerarquía: células muy multipotentes que se autorrenuevan, otros progenitores cada vez más restringidos en su capacidad de regeneración y las células muy diferenciadas, aunque de forma aberrante, que expresan marcadores de diferenciación y se parecen en sus funciones a la célula diferenciada normal. Por ejemplo, los tumores del sistema endocrino producen hormonas, aunque sean células aberrantes, porque su función normal en ese tejido es producir hormonas. EVIDENCIAS EXPERIMENTALES Las evidencias experimentales llegaron cuando hicieron estudios en el laboratorio para demostrar la hipótesis. A) Sistema hematopoyético Las evidencias más importantes y claras surgieron del sistema hematopoyético, porque es el más conocido. Un grupo canadiense le trasplantó células leucémicas de un paciente a un ratón NOD-SCID (un ratón inmunodeprimido), de manera que el ratón desarrolla leucemia y se muere en cuestión de semanas o meses por la leucemia. Los trasplantes los hicieron por diluciones, incrementando la concentración de células leucémicas en cada una de las infusiones para así poder saber más o menos la proporción de células que provocan la aparición de leucemia en el ratón. O sea, en cada trasplante se va variando el número de células que introducen para ver cuántos ratones con leucemia salen y, de esta forma, hicieron cálculos y descubrieron que 1 de cada 250.000 células leucémicas eran capaces de causar la enfermedad. Se podría decir que poniendo menos de 250.000 células leucémicas no salían ratones leucémicos, así que, entonces, la proporción de células verdaderamente leucémicas era 1/250.000. Esta proporción recuerda a la proporción de células madre hematopoyéticas en la médula ósea (0.01%), y si encima las células del paciente se sacaron de la sangre y no de la médula, la proporción de células madre sería mucho menor. Si hacemos un fraccionamiento por citometría de flujo y separamos las células con marcadores de célula madre como CD34, al introducir esas células seleccionadas en el ratón, la frecuencia con la que se produce leucemia en los animales es mucho mayor que si introducimos las células CD34-. Esta es otra evidencia experimental de que son las células madre las causantes del tumor. Por otro lado, las células madre hematopoyéticas humanas son negativas para el marcador CD38. Si además seleccionamos las células que son negativas, al introducirlas la frecuencia de leucemia también aumenta. Por tanto, la leucemia aumenta en ratones a los que les hemos trasplantado células seleccionadas CD34+/CD38-, que son los mismos marcadores que una célula madre hematopoyética. Se describen las leukemic stem cell (LSC). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. B) Cáncer de mama Se ha demostrado en otros tipos de cáncer sólido como el cáncer de mamá. En este estudio hicieron una selección de las células con citometría de flujo para elegir a las que expresaran los mismos marcadores que las células madre epiteliales normales, o sea, CD44+ y CD24-. Si de la dispersión de células del tumor de mama se sacan este tipo de células con esos marcadores concretos y se inyectan en ratones inmunodeprimidos, la frecuencia de aparición de tumor de mama es mucho más probable que si se introduce otro tipo celular. Se aprecia con esto que las células que transfieren el fenotipo tumoral tienen la misma expresión de marcadores que las células madre de ese tejido. Vieron que con tan solo 200 células CD24- podían generar un tumor. Diferencia entre “cancerígeno” o “tumorigénico” y “canceroso” o “tumoral”: algo canceroso/tumoral no tiene por qué ser cancerígeno, canceroso/tumoral significa que está en el tumor, que pertenece a él. Cacerígeno/tumorigénico significa que es capaz de generar el tumor. Por tanto, todas las células que se trasplantan aquí son células tumorales, pero muy pocas de ellas son tumorigénicas. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 C) Sistema nervioso También se ha demostrado que los tumores del sistema nervioso tienen estas células madre cancerosas porque cuando tenemos células de un neuroblastoma, por ejemplo, y las Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ponemos en cultivo, se forman neuroesferas, a las cuales algunos autores llaman tumoresferas. Se ha visto que hay una correlación entre el número de neuroesferas que aparecen, especialmente el número de neuroesferas secundarias (si dispersamos las células, se forman neuroesferas, y ahora volveremos a sembrar células de esas neuroesferas primarias) con la agresividad del tumor, de manera que la cantidad y el tamaño de neuroesferas que se llegan a formar es tanto mayor cuanto mayor es la agresividad del tumor. La alta proliferación de células madre dan lugar a tumores más agresivos. Por ejemplo, un neuroblastoma forma muchas más neuroesferas que un glioma porque es más maligno. La célula madre cancerosa (CSC) que forma la tumoresfera sigue teniendo las características de una célula madre, es decir, es capaz de diferenciarse en presencia de distintos factores. En esta imagen se muestra la diferenciación en astrocitos (porque se marcan con GFAP) de la CSC al añadir factor de crecimiento glial (GGF) y en neuronas (porque se marcan con beta tubulina III) al añadir factor de crecimiento neuronal (NGF). Por lo tanto, no han dejado de tener sus propiedades de células madre: son multipotentes y se pueden diferenciar a otros tipos celulares. El problema es que han perdido su capacidad de regulación de la autorrenovación y ahora proliferan más. También se ha demostrado la existencia de células madre cancerosas en cáncer de colon. En la hepatocarcinoma no parece que tengan una población de células madre cancerosas, para que simplemente los hepatocitos pierden la regulación y se vuelven muy proliferativos. CÉLULA DE ORIGEN A) Estudio 1 En el cáncer de colon se ha demostrado con modelos animales que el origen del tumor está en las células madre multipotente de la cripta intestinal. Para ello, se han usado transgénicos donde se expresa un oncogen bajo el promotor de Lqr5, que es el único marcador específico que se conoce de células madre intestinales, porque los otros que se conocen están compartidos con otros tipos celulares. Se ha expresado también un oncogén bajo un promotor de células diferenciadas, como es el de Ah, y se ha visto Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 que el tumor solo aparece cuando el proto-oncogen se expresa con el promotor de células madre. B) Estudio 2 En otro estudio sobreexpresan un oncogen (MLL-AF9), que aparecen en un tipo de leucemia mieloide, en células madre y no se da ningún tumor, pero cuando lo sobreexpresan en la población de progenitores restringidos de linaje mieloide (GMP), después de haberlos separado por citometría, sí se desarrolla leucemia. Incluso transformando solamente cuatro células (cuatro progenitores restringidos de linaje mieloide a las que les inyectamos la construcción para que sobreexpresen el oncogen). Al introducirlas en el ratón, este acaba muriendo al tiempo por una leucemia. Cuantas más células se introducen, más agresiva es la leucemia y antes se muere en el ratón. Si antes de que se mueran los ratones les sacamos sangre y analizamos las células leucémicas, se ve que son células madre leucémicas porque se autorrenuevan, expresan marcadores de células madre, etc. Lo que está pasando aquí es que el progenitor mieloide, al sobreexpresar el oncogén, se desdiferencia y se convierte en una célula madre cancerosa. Esta fue la primera demostración de que algunos tipos de cáncer pueden originarse en células parcialmente diferenciadas debido a la desdiferenciación de esa célula y su conversión en CSC. Por lo tanto, la hipótesis de las CSC sigue siendo válida, porque independientemente del origen concreto que haya tenido, finalmente quien causa el tumor es la célula madre. Sin embargo, antes hemos dicho que, si hacemos esto en las propias células madre, no se produce tumor, y que la clave era hacer en los progenitores mieloides. Por lo tanto, tiene que haber una señalización diferente entre la célula madre normal y esa célula intermedia que hay entre el progenitor mieloide cuando se desdiferencia a célula madre. El progenitor no se desdiferencia a una célula madre normal, sino a una célula madre aberrante, que tiene algunas diferencias, aunque mantiene sus propiedades de células madre (proliferación y diferenciación). La desdiferenciación a partir de progenitores intermedios se ha demostrado en otros sistemas, no solo el hematopoyético: - Sistema nervioso: la desdiferenciación de neuronas y astrocitos con la sobreexpresión de oncogenes pueden inducir gliomas en ratones. - Intestino: tumorigénesis intestinal iniciada por la desdiferenciación y la adquisición de propiedades de células madre. Además, también influye el estadio del desarrollo en el que aparecen las CSC, que darían tumores diferentes. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 Hay tumores que aparecen durante el desarrollo y que son distintos a los que aparecen en los adultos, simplemente porque las células madre que se han convertido en cancerosas eran distintas: más multipotentes, más autorrenovables, etc. La célula de origen puede variar dependiendo del estadio del desarrollo donde aparece el cáncer. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. FISIOPATOLOGÍA DEL NICHO Como sabemos, las células madre viven en un nicho concreto y específico rodeadas de otras células del mismo nicho. Las células madre de un nicho pueden transformarse y convertirse en una célula madre cancerosa. Cuando esto ocurre, es lógico pensar que la célula madre cancerosa puede modificar el nicho porque la comunicación entre ambos es bidireccional, así que lo que esperamos es: - Que la CSC expanda el nicho a su conveniencia, aumentando el número de células del nicho (no de células madre, sino las del nicho). - Que la CSC modifique las células del nicho para que hagan algo distinto que antes no hacían, ya que no necesariamente la modificación de las células del nicho tiene que ser para que proliferen. Lo curioso que se ha descubierto ahora es que hay casos donde la célula que se modifica es la célula del nicho (es solo una modificación que no tiene por qué hacerla tumoral), y esa modificación influye en la célula madre y la transforma en cancerosa. Por tanto, el origen del tumor estaría en el nicho. Es decir, no siempre el origen del cáncer radica en la afectación de insultos a una célula madre, sino que puede verse afectado el nicho y, consecuentemente generar esas transformaciones tumorales, por lo tanto, el origen estaría en el propio nicho. En ratones se ha visto que hay procesos oncológicos mielodisplásicos que responden a una alteración de las células madre hematopoyéticas que viene causada por alteraciones en osteoblastos y en progenitores de osteoblastos (células que pertenecen al nicho de las CMH), los cuales se modifican, se comunican con las células madre normales y éstas se transforman en cancerosas. Otra hipótesis referente al nicho es la de la hipoxia. Se ha demostrado que, en muchos casos, las células madre (ej. Las del tejido neural) suelen residir cercanas a los vasos sanguíneos. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 Si la célula madre, por la razón que sea, se ve alejada de su nicho, ésta se vuelve más hipóxica por haberse alejado de los vasos sanguíneos y entonces pone en marcha rutas reguladas por la hipoxia, como son los factores HIF-1alfa y HIF-2alfa. Estos factores, a su vez, ponen en marcha rutas de metabolismo, supervivencia, proliferación, angiogénesis, etc. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. O sea, son rutas protransformadoras, lo que aumenta mucho la probabilidad de transformación oncológica. Es decir, en estos casos el nicho no se transforma, sino que prolifera, aumenta el número de células del nicho, alejando a la célula madre de los vasos sanguíneos, por lo que ésta sufre una situación hipóxica y consecuentemente activa los factores de respuesta a la hipoxia (HIF). Una activación excesiva de estos factores puede promover la aparición de mutaciones en las células madre, predisponiendo a la proliferación tumoral. QUIESCENCIA RELATIVA EN LAS CSCS Existe un equilibrio entre los proto-oncogenes y los genes supresores de tumores, de forma que cuando hay mucha proliferación de una célula madre normal se acababa agotando porque tiene más probabilidades de diferenciarse. Podemos pensar que una CSCs que prolifere mucho no tendrá mayor inconveniente que llegue a un tope y acabe diferenciándose y desapareciendo como célula madre. Si esta hipótesis fuera así, no tendríamos el problema del cáncer porque la célula terminaría agotándose. No obstante, sabemos que las células hematopoyéticas, que tienen alta capacidad de proliferación, son bastantes resistentes a los tratamientos clásicos del cáncer (quimioterapia y radioterapia), los cuales van dirigidas a células muy proliferativas. ¿Cuál es el problema entonces y por qué la teoría no funciona? Lo que se cree que está ocurriendo es que las CSCs (células madre cancerosas) no son células muy proliferativas, y por eso ni se terminan diferenciando y parando el crecimiento ni las terapias que existen hasta ahora funcionan a la perfección para erradicarlas. Las CSCs son también parcialmente quiescentes, NO son igual que las células madre normales, proliferan un poco más que ellas, pero no muchísimo más. El mantenimiento de la quiescencia parcial las hace mantener la malignidad en el tiempo, es decir, estas células madre tumorales se dividen en mayor proporción que las células madre normales, pero no en exceso como podemos pensar. A) Estudio Utilizaron células madre cancerosas leucémicas que tenían mutado el oncogén PR y, además, esas mismas células madre con el oncogén mutado a las que les añaden una mutación de un gen supresor de tumores (p21) que es importante para el Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 mantenimiento de la quiescencia. La célula madre cancerosa tiene mayor replicación de ADN y, por tanto, algo más de daño por error en este mecanismo. Si, además, le mutamos un supresor tumoral que normalmente esta célula utiliza para evitar la proliferación celular, se dispara el daño en el ADN. Si trasplantamos la médula ósea de un ratón receptor primario hacia un secundario, si tiene p21 no ocurrirá nada (no tiene células madre cancerosas) y el ratón secundario no morirá. En los ratones que han recibido las células que tienen la doble mutación no se genera leucemia (le hemos retirado p21), mientras que en los ratones que reciben células con la mutación en el oncogén se sigue generando leucemia. Esto quiere decir que en los ratones primarios que tenían las células con las dos mutaciones, la célula madre leucémica ha desaparecido, se ha extinguido porque proliferaba tanto que se ha diferenciado. Las células madre cancerosa utilizan las características de células madre, incluida la quiescencia parcial, para expandir la malignidad en el tiempo. En un tumor, la célula madre cancerosa no es la que más prolifera, sino que está quiescente. Por tanto, aunque los primeros sí generaran leucemia porque la CSCs esta proliferando, al tener mutado un gen que le hace mantener su quiescencia, al cabo del tiempo sigue proliferando sin parar hasta que se pierden. Al pasarle la sangre al ratón secundario ya no genera leucemia porque no existe la célula madre cancerosa como tal. Además, si miramos la última gráfica, apreciamos que las células que tienen mutado el supresor tumoral, el porcentaje de BrdU es mayor, lo que significa que proliferaban más. Es decir, si inhibimos p21, que es un gen de supresión normal que inhibe la quiescencia de las células madre cancerosas, las haríamos proliferar hasta llegar a hacerlas desaparecer. Esto se ha visto en la mayoría de las células madre cancerosas. Entonces…¿por qué no enfocamos el tratamiento a la inhibición de supresores tumorales de las células cancerosas? Estos tratamientos los veremos más adelante, pero un posible tratamiento sería un tipo de hiperproliferativo, pero esto sería muy peligroso para el paciente porque podría afectar a otros tipos celulares y generar nuevos tumores en otras localizaciones corporales. Es decir, las células madre cancerosas son muy similares a las normales, con sus mismas características (incluida la quiescencia parcial), pero son capaces de hacer uso de estas cualidades para mantener su supervivencia en el tiempo. No son tan quiescentes como las células madre normales, pero al ser parcialmente quiescentes, son resistentes a los agentes antiproliferativos. La conclusión de esto es que las células madre cancerosas utilizan sus características de células madre, incluida la quiescencia parcial, para expandir la malignidad en el tiempo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 CSCS METASTÁSICAS La metástasis consiste en la migración de una célula cancerosa a otro tejido por transporte en sangre o linfa, generando un nuevo tumor en ese tejido. Se ha demostrado que las CSCs están detrás de la metástasis. Como son las células iniciadoras del tumor son las que, con más probabilidad, se infiltran en el sistema circulatorio y acaban Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. produciendo tumores en otros tejidos. Se han descubierto que las metástasis se producen por las células madre cancerosas, que salen al torrente sanguíneo y generan metástasis en lugares distantes, tanto del mismo órgano como de otros diferentes. Sin embargo, se está estudiando las razones de por qué se producen estas metástasis. En este dibujo se ilustra perfectamente lo que se cree que ocurre en la metástasis. Vemos el tejido epitelial con sus células madre (más oscuras), que se modifican, se transforman y empiezan a proliferar dando lugar a un clon benigno. Las células madre cancerosas no tienen por qué ser las más proliferan dentro del tumor, sino que pueden ser otro tipo de células como los progenitores aberrantes. Todos los tumores empiezan siendo benignos, pero posteriormente algunos de esos clones acumulan otras mutaciones que los hacen más agresivos, convirtiéndose en clones malignos van invadiendo los tejidos adyacentes. O sea, hay un clon invasivo centro del tumor benigno. Ahora, alguna de las células madre del clon invasivo vuelve a acumular otra mutación, sigue proliferando, y tenemos células capaces de invaginarse en el sistema circulatorio, por lo que aparece la célula madre metastásica. El tumor se convierte en una estructura absolutamente heterogénea donde hay de todo, clones que proliferan muy poco y son benignos, otros son invasivos y malignos, otros son metastásicos, etc. Por ello, la hipótesis de las células madre cancerosas es muy compatible con este crecimiento. Pregunta: si el nicho de una célula madre es importante para ella, ¿qué pasa en la metástasis? Respuesta: una metástasis no se produce en cualquier sitio, la célula tiene que encontrar un nicho propicio. Además, la célula madre metastásica ya no necesita el nicho que tenía porque se ha transformado y ahora puede establecerse en otro sitio que se parecerá más o menos al suyo. Incluso puede modificar el nicho donde se asienta ahora. Pregunta: de todas las células tumorales, ¿sólo la célula madre tumoral será la que genere una metástasis? Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 Respuesta: Sí, podemos encontrar células tumorales en circulación que nunca van a generar una metástasis porque tiene que ser una célula madre cancerosa la que la genere. IMPLICACIONES PARA EL TRATAMIENTO DEL CÁNCER Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Las células madre cancerosas, por sus propiedades similares a las células madre normales, son especialmente resistentes a los quimioterapéuticos porque tienen transportadores de tóxicos en su membrana, así que son capaces de expulsar todo lo que entra en su cuerpo y no les gusta. Además, como son células que viven durante mucho tiempo, tienen sistemas especiales de reparación de mutaciones en el ADN para tener una vida media muy larga y, por ello, también son resistentes a la radioterapia (técnica que se basa en el daño en el ADN celular). De esta forma, con los tratamientos clásicos del cáncer sí que acaban con el tumor del paciente, pero la célula madre cancerosa se está seleccionando y se está librando del tratamiento, por lo que va a volver a dar el tumor. Se cree que esto está detrás de las recidivas y recaídas de los cánceres. Por ello, lo que debemos hacer es intentar emplear estrategias específicas para eliminar a las células madre cancerosas. De hecho, si eliminásemos este tipo de células, el tumor degeneraría porque las células responsables de su proliferación, en este caso, CSCs, las estaríamos erradicando. ¿Cómo podemos combatir específicamente las CSCs? Podemos hacer que se diferencien para que así desaparezcan y evitaríamos el problema de las recidivas. La dificultad es que es muy difícil hacer que las CSCs se diferencien sin afectar al resto de células madre normales del organismo. Lo que se intenta hacer es que el tratamiento diferenciador sea específico en tiempo y en espacio, pero que no sea el único; que se siga dando quimio y radioterapia hasta que el tumor se haya reducido lo suficiente, que haya reducido su masa tumoral como para poder operarla, y después se administran los factores de diferenciación, es decir, el acto quirúrgico de la resección se utiliza para liberar un cóctel de moléculas diferenciadoras de acción local para evitar afectar lo máximo posible los nichos de las células madre normales. Estos tratamientos dependen de cada caso concreto, pero la mejor opción es siempre diferenciar de manera local. No obstante, un paciente de 70 años con cáncer, por ejemplo, puede que simplemente quiera que se le elimine el tumor y acepte el riesgo de envejecer más rápido y se diferencia en sus células madre normales. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 A) Estudio Esta estrategia ya se está haciendo para eliminar gliomas: se utilizan factores de diferenciación como son los BMPs, justo en el momento de la operación. El paciente que tiene este tipo de tumor se opera, se le quita un trozo de cerebro y en ese momento en el lugar específico se pone un cóctel con factores diferenciadores para afectar a esa zona concreta y no al resto de células madre, porque al hacerlo de forma localizada no va a haber riesgo de que las células madre de los nichos neuronales se diferencien y se pierdan. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125870 La clave es la combinación de estrategias clásicas y las nuevas de diferenciación. De forma ideal se utilizan drogas específicas que impidan la proliferación de las células madre cancerosas sin afectar a las células madre normales porque no dependían de la enzima que estamos bloqueando. Con el tratamiento, las células madre silvestres recuperan su competitividad. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Pero si solo funciona localmente, ¿las posibles CSCs que haya circulado pueden dar metástasis en otro sitio? Sí, eso es un problema y es otra de las razones por las que se está haciendo esto ahora mismo en tumores cerebrales, porque no suelen ser metastásicos hacia el resto del organismo. Por último, con estos descubrimientos se ha propuesto que los estudios de microarrays o proteómicos se hagan teniendo en cuenta a las células madre cancerosas y no todo el tejido tumoral en sí. Las estrategias de análisis de tumores y los pronósticos deberían tener en cuenta la posible existencia de CSCs, que hasta ahora no se ha tenido.Es decir, los perfiles genéticos de las CSCs permiten conocer el pronóstico del paciente y consecuentemente el mejor tratamiento para el mismo. Como conclusión del tema: - La terapia celular con células madre debe tener muy en cuenta la posibilidad de aparición de células madre cancerosas. - Hay que diseñar estrategias de terapia celular que eviten la aparición de crecimiento tumoral en los pacientes trasplantados. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125871 FISIOPATOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR Y EVOLUCIÓN TUMORAL ORÍGENES DE MUTACIONES INDUCIDAS Una de las principales fuentes de mutaciones son los factores de origen interno. El O2 es uno de los mayores tóxicos para la célula eucariota. Durante la evolución, estas células inventaron una forma de sobrevivir en presencia de oxígeno, incorporándolo en su metabolismo de forma que no fuese tóxico. El metabolismo de las células está basado en el uso de ese oxígeno por la mitocondria. El problema es que esto produce ERO, las cuales interaccionan con el ADN produciendo mutaciones. Otra fuente de mutaciones son los agentes de origen externo, como por ejemplo tomar el sol. La radiación da energía que se incorpora en el ADN, provocando que sus moléculas vibren, lo que rompe la cadena provocando mutaciones. Otro ejemplo puede ser el tabaco, el cual contiene 50 agentes tóxicos. Esa gran cantidad de agente mutagénicos es el motivo de porqué no es necesaria una gran cantidad de tabaco para provocar cáncer, ya que, al haber tantos tóxicos, la probabilidad aumenta. La combinación de los agentes internos y externos desemboca en mutaciones, que provocan la evolución de aquellos individuos que se adaptan mejor al ambiente. Una mutación, por lo tanto, es una forma que tiene la naturaleza para modificar los organismos para que se adapten mejor. A pesar de esto, no siempre son beneficiosas, a veces hacen que la adaptación empeore o hacen que los grupos menos adaptados mueran. En el caso del cáncer, un mayor número de mutaciones (según el tipo de tumor) puede dar lugar a una mayor variabilidad dentro de un mismo tipo de tumor. Además, los tumores infantiles tienen un número de mutaciones mucho menor que el cáncer de una persona adulta, ya que han sido mucho menos expuestos al ambiente. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125871 CÁNCER COMO UN EVENTO GENÉTICO (O EPIGENÉTICO) Una mutación puede hacer que una célula siga tres caminos: que se quede igual, que muera o que mejore. Si las células que mejoran vuelven a sufrir una mutación, el riesgo de provocar un tumor es mucho mayor. Normalmente, para dar lugar al cáncer, se necesitan de 3 a 6 mutaciones. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. A partir de la célula normal, se genera: - 1º mutación. La célula parece normal, pero está predispuesta a proliferar excesivamente. - 2º mutación. La célula comienza a proliferar demasiado, por lo demás, es normal. - 3º mutación. Las células proliferan más rápidamente; también sufre cambios estructurales. - 4º mutación. Cell crece sin control y se ve obviamente trastornado. HOMEOSTASIS CELULAR Normalmente existe una homeostasis celular por la cual las células tienen una capacidad de proliferación determinada para reponer tejidos o para dar lugar al desarrollo. Las células madre se pueden diferenciar, proliferar o dirigirse hacia apoptosis, de manera que el tejido se mantiene prácticamente constante. Cuando se produce un cáncer, las mutaciones que se dan en el ADN pueden eliminar los procesos de apoptosis y diferenciación quedando únicamente el camino de proliferación de la célula. También puede ser que, aunque no se eliminen los procesos anteriormente nombrados, la tasa de células proliferantes sea mayor que en las demás células. Por tanto, las células cancerígenas alteran la homeostasis celular, desestructuran el tejido normal y hacen que el órgano no funcione. CÁNCER COMO UN EVENTO FISIOLÓGICO Cuando el tejido en condiciones normales sufre una alteración genética da lugar a una lesión pre-maligna (hiperplasia), pero si sufre una segunda alteración da lugar a lo que en clínica se denomina un tumor benigno. Molecularmente, ese tumor no es benigno ya Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125871 que tiene las mismas características que uno maligno. Cuando ese tumor “benigno” llega a los vasos, en clínica se denomina un tumor maligno. En todo este proceso, sabemos que ocurren tres puntos clave: - Activación de oncogenes. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - Inactivación de genes supresores de tumores. - Alteración de genes de susceptibilidad. EVOLUCIÓN DE CÁNCER DE PULMÓN La siguiente imagen muestra la evolución de un cáncer de pulmón: inicialmente el epitelio normal pasa a hiperplásico, aparece la displasia cuando las células pierden la estratificación, luego pasa a carcinoma in situ que es benigno por terminología biológica (aún no ha infiltrado otros tejidos). Por último, vemos la foto de un carcinoma maligno por terminología biológica (los núcleos celulares son muy grandes, no son redondos ni homogéneos y la tinción tampoco es homogénea) ha ocurrido una displasia nuclear. El tumor maligno es un adenocarcinoma eliminable por cirugía si aún está Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125871 localizado. Cada transición (de epitelio normal a hiperplasia, etc.) va asociada a determinadas mutaciones. No todas las mutaciones generan la misma transición, hay algunas que se encuentran prioritariamente en X transición. Para comprobar que se dan todas estas mutaciones se utilizan modelos transgénicos, a los que se le quita la mutación que creemos que causa el tumor y se observa si este desaparece o no. Un estudio observó una mutación en CDK4 en una familia que presentaba melanomas. Se hizo un modelo transgénico en ratas en las que se introdujo esa mutación y se vio que efectivamente producía melanoma. Aunque hay una serie de mutaciones asociadas a determinados tumores, el problema es que cada tumor (no solo cada tipo) de cada persona tiene a su vez asociado unos tipos de mutaciones específicas, es decir, existen diferencias entre mismos tipos de cánceres entre diferentes personas. Se intenta encontrar mutaciones que se den en todos los tipos de cáncer, y las agrupamos entorno a las alteraciones fisiológicas que provocan. Esto genera el hallmarks of cancer. HALLMARKS OF CANCER Se encuentran tumores con 6 alteraciones esenciales que podrán darse por diferentes mutaciones, pero todas ellas alteraban aspectos fisiológicos de las células: - Las células crecían independientemente de las señales de crecimiento: → Activación del receptor EGF → Activación del oncogen RAS - Insensibilidad ante señales de NO crecimiento: mutaciones en el ciclo celular. - Evitan la muerte programada. Las células se autochequean y tienen revisiones. Si está mal entre en apoptosis o senescencia si es epitelial. → Producción IGF o amplificación IGFR → Inactivación p53 → Activación vía PI3K - Potencial replicativo ilimitado: por activación de la telomerasa. - Generación de angiogénesis para su sustento: producción de VEGF. Debido a que los nuevos vasos son defectivos (por ejemplo, por ausencia de pericitos) pueden producir metástasis. - Invasión tisular y metástasis: transición epitelio-mesénquima. → Inactivación de E-Cadherina → Transición epitelio/mesénquima Años más tarde se dieron cuenta que el cáncer es un proceso más complejo donde se rompe la homeostasis tisular. Ampliando los hallmarks: Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125871 - Inestabilidad genética y mutaciones. Se destacan las mutaciones en los genes reparadores. - Inflamación promovida por el tumor. - Desregulación celular de la energía → Efecto Warburg. Una célula del oxígeno decide coger la glicolisis porque se intuye que necesita lípidos, aminoácidos, Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. purinas, etc. (elementos que se producen a partir de lactato a partir de la glucolisis). - Evitan la destrucción de SI. Últimamente se están descubriendo terapias que hacen que las células tumorales sean detectadas por el SI. El concepto de Hallmarks fue más allá y se observó que las señales internas y la epigenética daban lugar a la activación de promotor, lo que desencadenaba en la activación y mutación de una serie de genes: - Oncogenes: mutaciones de ganancia de función producen cáncer. - Supresores de tumor: mutaciones de pérdida de función producen cáncer. - Genes de susceptibilidad: por sí mismo no producen cáncer, pero junto a otros sí. No solo se producen mutaciones en los genes, sino también en las proteínas, debido a alteraciones en los ARN, dando lugar a un splicing alternativo. Además, existe una epigenética de la proteína que provocan una alteración en la función. Cada una de las alteraciones puede bloquear el cáncer. Actuar sobre uno de estos Hallmarks podría detener el cáncer. Por ejemplo, bloquear un vaso sanguíneo puede hacer que el tumor no crezca más. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125871 EVOLUCIÓN TUMORAL No todos los elementos son iguales de valiosos a la hora de producir mutaciones. No todas las células tumorales son iguales a la hora de generar un tumor. La selección darwiniana hace que finalmente sobreviva la célula que más favorable es para el ambiente. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Hay dos hipótesis que intentan explicar la iniciación del cáncer. - Teoría estocástica. Cuando se produce una célula tumoral y deja descendencia, todas son iguales y todas son capaces de producir tumor. - Teoría de cáncer Stem Cell. Las mutaciones se dan en situaciones diferentes. No todas las células de un tumor son capaces de seguir produciendo cáncer, es decir, solo aquellas células que sean capaces de dividirse podrán seguir produciendo tumor. Un estudio realizado sobre las células de un tumor observó que no todas las células eran iguales, que había diferentes clones en función del microambiente. Muchos de ellos tienen la capacidad de evolucionar, por lo que solo van a perdurar las mutaciones de esos clones. La teoría de la célula madre cancerígena propone que los tumores crecen del mismo modo que cualquier tejido normal del cuerpo en el que las células madre son el punto de partida de un sistema organizado que produce nuevas células para permitir el crecimiento del tejido. Sólo se produce tumor en el ratón, si se pinchaban células madre cancerosas. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7125871 Podemos diferenciar entre diferentes tipos de evolución: - Estabilizadora. El ambiente es estático, no hay variación. La misma cantidad de expresión es la que tiene más capacidad de sobrevivir. - Disruptiva. En un ambiente en el que haya variaciones muy rápidas, los que se encuentran en el medio son los que menos capacidad tienen para adaptarse. Se adaptan mejor los que