El receptor de netrina DCC , también conocido como DCC o supresor de cáncer colorrectal , es una proteína que en los humanos está codificada por el gen DCC . [5] El DCC ha estado implicado durante mucho tiempo en el cáncer colorrectal y su nombre anterior era Eliminado en carcinoma colorrectal . [6] El receptor de netrina DCC es un receptor transmembrana único.
Desde que se descubrió por primera vez en un estudio sobre cáncer colorrectal en 1990, [7] el DCC ha sido el foco de una cantidad significativa de investigaciones. El DCC ocupó un lugar controvertido como gen supresor de tumores durante muchos años y es bien conocido como un receptor de guía axonal que responde a la netrina-1 . [8]
Más recientemente, el DCC se ha caracterizado como un receptor de dependencia y se han propuesto muchas hipótesis que han reavivado el interés en la candidatura del DCC como gen supresor de tumores, ya que puede ser un supresor dependiente de ligando que frecuentemente es silenciado epigenéticamente. [9]
Los primeros estudios sobre tumores colorrectales descubrieron que las deleciones alélicas de segmentos del cromosoma 18q se producen en un porcentaje muy alto de cánceres colorrectales. El DCC se clonó inicialmente fuera de la región y se propuso como un posible gen supresor de tumores , aunque en ese momento no se sabía nada sobre su función. [7] Se examinó el gen DCC en busca de los cambios genéticos encontrados en la mayoría de los demás genes supresores de tumores, pero se descubrió que tenía una frecuencia comparativamente baja de mutación somática . Varios años después, se demostró que el DCC codificaba una proteína receptora transmembrana que mediaba los efectos de la netrina-1 en el crecimiento axonal. [10]
Poco después de confirmarse la existencia del producto proteico, se crearon ratones knock-out para DCC. Como las mutaciones DCC −/− son rápidamente fatales debido a la falta de desarrollo del sistema nervioso, se evaluó el aumento del desarrollo tumoral en ratones DCC +/− durante dos años, y no se detectó ningún aumento en la predisposición tumoral. [11]
El descubrimiento de una función específica para el DCC que parecía tener poco que ver con el control del ciclo celular, la baja tasa de mutación somática y la ausencia de predisposición al cáncer en los heterocigotos del DCC fueron evidencia bastante desalentadora del supuesto estado supresor de tumores del DCC. Esto hizo que el enfoque se desplazara hacia el papel del DCC en la guía axonal durante un tiempo, hasta que un estudio implicó al DCC en la regulación de la muerte celular . [12] Como las deleciones cromosómicas 18q nunca se resolvieron como relacionadas únicamente con otro gen, el DCC fue rápidamente aceptado nuevamente como candidato. Investigaciones recientes sobre los mecanismos de señalización del DCC y estudios in vitro de modificaciones del DCC han solidificado la posición del DCC como supresor de tumores y han comenzado a integrar las funciones divergentes del DCC como molécula de guía axonal y como supresor de tumores en un solo concepto.
El gen DCC está ubicado en 18q21.3 y tiene un total de 57 exones posibles y 43 intrones posibles. En teoría, esto da como resultado 13 proteínas correctamente cortadas y supuestamente buenas. [13] La proteína DCC típica tiene un motivo de péptido señal y once dominios, incluidos múltiples dominios similares a inmunoglobulinas, un dominio transmembrana y varios dominios de fibronectina tipo 3. [14]
El DCC tiene sitios de unión extracelular tanto para la netrina-1 como para la heparina . Se cree que el sulfato de heparina también está presente durante el crecimiento neuronal como un tipo de cofactor para la guía axonal . [15] [16] A nivel intracelular, se ha demostrado que el DCC tiene un sitio de proteólisis de caspasa-3 en Asp 1290. [12]
Se ha demostrado recientemente que el DCC y la neogenina, dos de los receptores de netrina-1, tienen sitios para la fosforilación de tirosina (en Y1420 en el DCC) y es probable que interactúen con las quinasas de la familia Src para regular las respuestas a la netrina-1. [17]
Históricamente, se ha pensado que los receptores celulares se activan cuando están unidos a su ligando y son relativamente inactivos cuando no hay ligando presente. Se han encontrado varios receptores que no encajan en este molde conceptual, y el DCC es uno de ellos. Estos receptores son activos tanto con ligando unido como sin unir, pero las señales transmitidas son diferentes cuando los receptores están unidos a ligando. En conjunto, este tipo de receptor se conoce como receptor de dependencia porque la vía sin ligando suele ser apoptótica, lo que significa que la supervivencia celular depende de la presencia de ligando. Otros receptores también muestran este perfil funcional, incluidos p75 NTR , el receptor de andrógenos , RET , varias integrinas y Patched .
Aunque no es el primer par de receptores de dependencia descubierto, el DCC y la netrina-1 son un ejemplo a menudo citado de un sistema de receptores de dependencia. Cuando el DCC está presente en la membrana y unido a la netrina-1, se transmiten señales que pueden conducir a la proliferación y la migración celular . En ausencia de netrina-1, se ha demostrado que la señalización del DCC induce la apoptosis . Solo en ausencia de DCC hay una ausencia de señalización descendente. Por lo tanto, existen tres posibles estados de señalización para los receptores de dependencia: activado (ligando unido, migración y proliferación), desactivado (ligando no unido, inducción de apoptosis) y ausente (falta de señal). [18]
El papel del DCC en el crecimiento de los axones comisurales es quizás su mejor caracterización. En la médula espinal en desarrollo, las neuronas comisurales ubicadas dorsalmente extienden los axones ventralmente utilizando un mecanismo que depende de una estructura de la línea media ventral, la placa del piso . Se produce un gradiente de netrina-1 a partir de la placa del piso, que permite la orientación de los axones que se extienden, lo que ayuda al desarrollo del eje dorso-ventral del cerebro y la columna vertebral. Hay una variedad de receptores presentes en la superficie del axón que repelen o atraen axones a la línea media. Cuando el DCC de membrana es estimulado por netrina-1, promueve la progresión del axón hacia la línea media. [19]
Existen otras moléculas que también participan en la guía de los axones hacia y a través de la línea media. Las proteínas de hendidura tienen funciones repulsivas, a diferencia de las netrinas, y están mediadas por la proteína transmembrana Robo. Los conos de crecimiento axonal que son atraídos a la línea media por la señalización netrina/DCC finalmente cruzan la placa del suelo. Cuando esto ocurre, pierden la capacidad de respuesta a la netrina y son repelidos por la señalización slit-Robo . Esto se logra mediante la formación de un complejo DCC-Robo, que inhibe las señales atractivas netrina/DCC mientras permite las señales slit-Robo. [20] La netrina también tiene otros receptores, la familia UNC-5 . Los receptores UNC5 tienen respuestas migratorias repelentes a la unión de netrina y tienen efectos similares al sistema slit-Robo.
Las respuestas de señalización intracelular a netrina-1 aún no se comprenden bien, incluso en estudios de neurobiología. Se han establecido varios eventos de fosforilación, así como la participación de varias quinasas de la familia src y pequeñas GTPasas , pero la secuencia de eventos aún no se ha determinado. También se requiere que el DCC sea reclutado a las balsas lipídicas para el crecimiento axonal [21] y la señalización apoptótica. [22]
El DCC está regulado por el desarrollo y se encuentra presente en la mayoría de los tejidos fetales del cuerpo en niveles más altos que los encontrados en los tejidos adultos. Se ha descubierto que el DCC y la netrina están específicamente involucrados en la migración secundaria de las células de la cresta neural hacia el páncreas y las estructuras intestinales en desarrollo, y pueden resultar vitales para otras áreas durante el crecimiento fetal. [23]
Una de las anomalías genéticas más frecuentes que ocurren en el cáncer colorrectal avanzado es la pérdida de heterocigosidad (LOH) del DCC en la región 18q21.
El DCC es un receptor de la netrina-1 y actualmente algunos creen que es un gen supresor de tumores condicional, lo que significa que normalmente impide el crecimiento celular cuando no hay netrina-1. No se cree que la eliminación del DCC sea un cambio genético clave en la formación de tumores, sino una de las muchas alteraciones que pueden promover el crecimiento de tumores existentes. El posible papel del DCC en la migración de células cancerosas está en proceso de caracterización.
Si bien resultados recientes hacen que sea bastante probable que el DCC esté involucrado en la biología de varios tipos de cáncer, aún se están estudiando el alcance de su participación y los detalles de cómo funciona.
Cuando no está unido a netrina-1, un dominio intracelular de DCC es escindido por una caspasa e induce apoptosis en una vía dependiente de caspasa-9 . Este dominio no corresponde a un motivo de reclutamiento de caspasa conocido o dominio de secuencia de muerte, pero es necesario para iniciar la apoptosis. Se ha teorizado que el dominio actúa como un andamio para reclutar y activar caspasa-9 y caspasa-3 . Esta vía de apoptosis de DCC no depende ni de la vía de apoptosis mitocondrial ni de la vía del receptor de muerte/caspasa-8. [24] En ausencia de ligando, DCC interactúa con caspasa-9 (probablemente a través de una proteína adaptadora no identificada) y promueve el ensamblaje de un complejo activador de caspasa. Esto provoca la activación de caspasa-3 a través de caspasa-9 e inicia la apoptosis sin la formación de un apoptosoma o liberación de citocromo c . Esto implica que el DCC regula una nueva vía para la activación de la caspasa y que es independiente del apoptosoma. [9]
Para poner esto en un contexto de sistemas biológicos, se requiere algo de fisiología. En el tracto gastrointestinal, las células epiteliales proliferan y mueren rápidamente. La división de estas células ocurre en la base de las vellosidades, y las células son empujadas hacia arriba por divisiones posteriores hasta la punta donde entran en apoptosis y se desprenden hacia el lumen. La netrina-1 se produce en la base de las vellosidades, por lo que hay un gradiente de netrina presente que es más débil en la punta. En fisiología normal, la presencia de netrina-1 inhibe la muerte celular mediada por DCC hasta que la célula epitelial alcanza la punta de la vellosidad, donde el DCC ahora libre hace que la célula entre en apoptosis. En un estado de cáncer, la ausencia de DCC evita que el gradiente tenga un efecto sobre la célula, lo que aumenta la probabilidad de que continúe sobreviviendo.
El papel del DCC como supresor tumoral está ligado a sus características de receptor dependiente. El DCC induce la muerte celular en las células epiteliales cuando no se une a la netrina-1. Además de la pérdida de heterocigosidad del DCC, este mecanismo de apoptosis también se puede evitar en procesos malignos mediante la sobreexpresión de la netrina-1.
El DCC puede considerarse un gen supresor de tumores condicional, así como un oncogén condicional . Cuando el DCC está presente y no es activado por la netrina, es proapoptótico y reprime la formación de tumores. Cuando el DCC está presente y es activado por la netrina, promueve la supervivencia celular, actuando como una oncoproteína. Se sabe que el DCC activado por la netrina activa las vías CDC42 - RAC1 y MAPK1 /3, que se activan en el cáncer y promueven el desarrollo de tumores. [9]
Originalmente se creía que había dos vías principales en la formación del cáncer colorrectal. La primera era una vía de inestabilidad cromosómica que se pensaba que era responsable de la progresión del adenoma al carcinoma, que se caracterizaba por la pérdida de heterocigosidad (LOH) en los cromosomas 5q, 17p y 18q. Se creía que la segunda vía era la vía de inestabilidad de microsatélites , que se caracteriza por aumentos o disminuciones en el número de repeticiones en tándem de secuencias de ADN simples. Este tipo de inestabilidad está asociada con algunas mutaciones específicas, incluidos los genes involucrados en la reparación de errores de apareamiento del ADN y, sorprendentemente, el factor de crecimiento transformante beta . Más recientemente, los expertos en el campo del cáncer colorrectal han reconocido que la formación del cáncer es mucho más compleja, pero los genes relacionados con el cáncer todavía tienden a clasificarse como genes de inestabilidad cromosómica o de microsatélites. [25]
El DCC se incluiría en la categoría de inestabilidad cromosómica. La región cromosómica de 18q ha mostrado una LOH constante durante casi veinte años. Aproximadamente el 70% de los cánceres colorrectales primarios muestran LOH en esta región, y el porcentaje aumenta cuando se comparan los cánceres tempranos con los avanzados. [25] Este aumento en la pérdida de DCC en el cáncer avanzado puede indicar que la pérdida de DCC es más importante para la progresión del tumor que la formación del tumor. Sin embargo, la región 18q no es la única ubicación del DCC, y muchos estudios están en conflicto cuando informan si la LOH de 18q es atribuible al DCC o a otros candidatos a supresores tumorales en las áreas vecinas. Muchas revisiones se niegan a comentar sobre el DCC debido a su historial de información contradictoria, afirmando que se requieren más estudios.
La LOH del cromosoma 18 tiende a aparecer en grupos. Un grupo importante se encuentra en 18q21, que coincide con la ubicación del DCC. Este grupo incluye el marcador D18S51 y está flanqueado por los loci D18S1109 y D18S68. Este segmento abarca 7,64 cM, que es una sección relativamente grande de ADN que podría abarcar fácilmente más de un gen supresor de tumores. [26]
En 1997 se detectó una diferencia significativa entre la expresión de DCC y la LOH 18q21. Los estudios descubrieron que más tumores tenían una expresión reducida de DCC de lo que se podía explicar por la LOH o la MSI, lo que indica que estaba en juego otro mecanismo. [27] Esta observación probablemente se explicó cuando se realizó un análisis epigenético.
La pérdida de DCC en el cáncer colorrectal ocurre principalmente por inestabilidad cromosómica, y solo en un pequeño porcentaje interviene el silenciamiento epigenético .
El silenciamiento epigenético del DCC por hipermetilación del promotor ha demostrado ser un factor significativo en otros tipos de cáncer. En el carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello , el 77,3% de las muestras tumorales presentaron hipermetilación del promotor del DCC frente al 0,8% en las muestras de saliva no cancerosas. [28] Se han observado resultados similares en el cáncer de mama, la leucemia linfoblástica aguda y varios otros.
En algunos estudios, se ha demostrado que el DCC es un marcador pronóstico útil para el carcinoma colorrectal en etapa avanzada, pero no resulta útil en otros. Actualmente, la Sociedad Estadounidense de Oncología Clínica no recomienda el uso del DCC como marcador debido a la falta de datos de clasificación.
Una revisión reciente de más de dos docenas de estudios de supervivencia con LOH 18q concluyó que había una cantidad significativa de inconsistencia entre los conjuntos de datos. Concluyeron que la pérdida de 18q sigue siendo un marcador de mal pronóstico y que el estado de DCC tiene el potencial de definir un grupo de pacientes que pueden beneficiarse de regímenes de tratamiento específicos. [29]
El aumento en los porcentajes de pérdida de heterocigosidad del cromosoma 18q21 ha sugerido durante mucho tiempo que el DCC puede estar involucrado en la progresión de adenomas benignos a carcinomas malignos. [30] Recientemente se ha descubierto que el DCC suprime la metástasis en un entorno experimental, pero aún no se ha propuesto un mecanismo para esto. [31]
En este punto, el DCC no es un objetivo farmacéutico. Como el DCC no se sobreexpresa en el cáncer y está presente en todo el cuerpo, no se lo considera un buen objetivo para la mayoría de los tipos de medicamentos contra el cáncer.
El DCC se expresa en niveles muy bajos en la mayor parte del cuerpo, pero en niveles más altos en muchas áreas del cerebro, particularmente en las neuronas dopaminérgicas. Recientemente se ha demostrado que un régimen de tratamiento sensibilizante con anfetaminas provoca niveles notablemente mayores de expresión de DCC y UNC-5 en los cuerpos celulares de las neuronas. Esto puede indicar que los receptores de netrina-1 están involucrados en los efectos duraderos de la exposición a drogas estimulantes como la anfetamina, y pueden tener algún valor terapéutico en el campo de la tolerancia a las drogas. [32]
Se ha demostrado que el eliminado en el cáncer colorrectal interactúa con:
El papel biológico del DCC en el cáncer tiene una larga y controvertida historia. Aunque el DCC se ha estudiado durante muchos años, una cantidad significativa de los datos recopilados son contradictorios y gran parte de la atención se ha centrado en obtener una idea clara de los aspectos básicos.
Cuando se identificaron por primera vez las anomalías genéticas que se producen en el cáncer colorrectal avanzado, se descubrió que uno de los eventos más frecuentes era la pérdida de heterocigosidad (LOH) de la región 18q21. Uno de los primeros genes secuenciados en esta región fue DCC , y posteriormente se analizó su actividad supresora de tumores. Sin embargo, la falta de mutaciones somáticas de DCC hizo que pareciera probable que los genes SMAD2 y SMAD4 cercanos fueran la razón de la LOH 18q21. El hecho de que los heterocigotos de DCC no tuvieran mayores tasas de cáncer, incluso cuando se cruzaron con ratones portadores de mutaciones de Apc , solidificó este punto de vista. El hallazgo de que DCC era un receptor para netrina-1 involucrado en la guía axonal inicialmente alejó la investigación de DCC en el cáncer. Más tarde se comprendió que DCC puede estar involucrado en la dirección de la motilidad celular, lo que tiene implicaciones directas para el cáncer metastásico. [19]
La primera evidencia directa de que el DCC es un gen supresor de tumores se publicó en 1995. Los investigadores descubrieron que la adición de DCC a una línea celular inmortalizada suprimía la tumorigenicidad de forma bastante definitiva. [40] Sin embargo, no había ningún mecanismo obvio para esta supresión y se necesitaron varios años para proponer uno.
Casi diez años después de que se descubriera el DCC, se publicaron estudios que demostraban que el DCC estaba implicado en la apoptosis. En lugar de estudiar la pérdida de DCC como se hacía habitualmente, los autores analizaron células renales embrionarias humanas transfectadas con DCC. Encontraron un aumento de la apoptosis que correspondía a la expresión de DCC, que se eliminaba por completo cuando se cotransfectaba con netrina-1 o simplemente se añadía al medio. [12]
Cuando se comprendió que la apoptosis de DCC también puede ser superada por la sobreexpresión de netrina-1, se evaluaron los cánceres colorrectales para detectar la sobreexpresión de netrina-1 y se encontró que un porcentaje pequeño pero significativo de estos cánceres sobreexpresaban ampliamente la molécula. [24]