En el campo de la genética , un gen suicida es un gen que hará que una célula se mate a sí misma mediante el proceso de apoptosis (muerte celular programada). La activación de un gen suicida puede causar la muerte a través de diversas vías, pero un "interruptor" celular importante para inducir la apoptosis es la proteína p53 . La estimulación o introducción (a través de la terapia génica ) de genes suicidas es una forma potencial de tratar el cáncer u otras enfermedades proliferativas.
Los genes suicidas forman la base de una estrategia para hacer que las células cancerosas sean más vulnerables o sensibles a la quimioterapia . El enfoque ha sido unir partes de genes expresados en células cancerosas a otros genes para enzimas que no se encuentran en mamíferos y que pueden convertir una sustancia inofensiva en una que es tóxica para el tumor . [1] La mayoría de los genes suicidas median esta sensibilidad al codificar enzimas virales o bacterianas que convierten un fármaco inactivo en antimetabolitos tóxicos que inhiben la síntesis de ácido nucleico. Los genes suicidas deben introducirse en las células de manera que se asegure su captación y expresión por tantas células cancerosas como sea posible, al tiempo que se limita su expresión por las células normales. La terapia génica suicida para el cáncer requiere que el vector tenga la capacidad de discriminar entre células diana y no diana, entre células cancerosas y células normales. [2]
La muerte celular puede ocurrir principalmente por necrosis o apoptosis . La necrosis ocurre cuando una célula es dañada por una fuerza externa, como veneno, una lesión corporal, una infección o la interrupción del suministro de sangre. Cuando las células mueren por necrosis, es un asunto bastante complicado. La muerte causa inflamación que puede causar más sufrimiento o lesión dentro del cuerpo. Mientras que la apoptosis causa la degradación de los componentes celulares sin provocar una respuesta inflamatoria. [3]
Muchas células sufren una muerte celular programada, o apoptosis, durante el desarrollo fetal. Una forma de muerte celular en la que una secuencia programada de eventos conduce a la eliminación de células sin liberar sustancias dañinas al entorno. La apoptosis desempeña un papel crucial en el desarrollo y mantenimiento de la salud del cuerpo al eliminar células viejas, células innecesarias y células enfermas. El cuerpo humano reemplaza quizás un millón de células por segundo. Cuando una célula se ve obligada a suicidarse, entran en acción proteínas llamadas caspasas . Descomponen los componentes celulares necesarios para la supervivencia y estimulan la producción de enzimas conocidas como DNasa, que destruyen el ADN en el núcleo de la célula. La célula se encoge y envía señales de socorro, a las que responden los macrófagos . Los macrófagos limpian las células encogidas, sin dejar rastro, para que estas células no dañen las células necróticas circundantes. La apoptosis también es esencial para el desarrollo prenatal . Por ejemplo, en los embriones, los dedos de las manos y de los pies están inicialmente conectados a los dedos adyacentes por tejido. Las células de este tejido conectivo sufren apoptosis para producir dedos separados. En el desarrollo del cerebro, inicialmente se crean millones de neuronas adicionales. Las células que no forman conexiones sinápticas sufren apoptosis. La muerte celular programada también es necesaria para iniciar el proceso de la menstruación. Esto no quiere decir que la apoptosis sea un proceso perfecto. En lugar de morir debido a una lesión, las células que pasan por la apoptosis mueren en respuesta a señales dentro del cuerpo. Cuando las células reconocen virus y mutaciones genéticas, pueden inducir la muerte para evitar que el daño se propague. Los científicos están tratando de aprender cómo pueden modular la apoptosis, de modo que puedan controlar qué células viven y cuáles sufren la muerte celular programada. Los medicamentos contra el cáncer y la radiación, por ejemplo, actúan desencadenando la apoptosis en las células enfermas. Muchas enfermedades y trastornos están relacionados con la vida y la muerte de las células: el aumento de la apoptosis es una característica del SIDA, el Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, mientras que la disminución de la apoptosis puede ser una señal de lupus o cáncer. Comprender cómo regular la apoptosis podría ser el primer paso para tratar estas afecciones. [4]
La apoptosis excesiva o insuficiente puede influir en muchas enfermedades. Cuando la apoptosis no funciona correctamente, las células que deberían eliminarse pueden persistir y volverse inmortales, por ejemplo, en el cáncer y la leucemia. Cuando la apoptosis funciona demasiado bien, mata demasiadas células y provoca graves daños en los tejidos. Este es el caso de los accidentes cerebrovasculares y los trastornos neurodegenerativos como el Alzheimer, la enfermedad de Huntington y la de Parkinson. También se la conoce como muerte celular programada y suicidio celular. [5]
El objetivo final de la terapia contra el cáncer es la eliminación completa de todas las células cancerosas, dejando intactas todas las células sanas. Una de las estrategias terapéuticas más prometedoras en este sentido es la terapia génica suicida contra el cáncer (CSGT), que está avanzando rápidamente hacia nuevas fronteras. El éxito terapéutico, en CSGT, depende principalmente de la precisión en la administración de los transgenes terapéuticos solo a las células cancerosas. Esto se aborda mediante el descubrimiento y la selección de biomarcadores únicos o sobreexpresados que se muestran en las células cancerosas y las células madre cancerosas. La especificidad de los efectos terapéuticos contra el cáncer se mejora aún más mediante el diseño de las construcciones de ADN, que ponen los genes terapéuticos bajo el control de los promotores específicos de las células cancerosas. La administración de los genes suicidas a las células cancerosas implica vectores virales y sintéticos, que son guiados por anticuerpos y ligandos específicos del cáncer. Las opciones de administración también incluyen células madre modificadas con tropismos hacia los cánceres. Los principales mecanismos que inducen la muerte de las células cancerosas incluyen: expresión transgénica de timidina quinasas, citosina deaminasas, anticuerpos intracelulares, telomerasas, caspasas, DNasas. Se toman precauciones para eliminar los riesgos asociados con la transgénesis. El progreso en genómica y proteómica debería ayudarnos a identificar los biomarcadores específicos del cáncer y las vías metabólicas para desarrollar nuevas estrategias hacia ensayos clínicos de terapia génica dirigida y personalizada del cáncer. Al introducir el gen en un tumor maligno, el tumor se reduciría de tamaño y posiblemente desaparecería por completo, siempre que todas las células individuales hayan recibido una copia del gen.
Cuando la muestra de ADN del virus se obtiene de las células sanas del propio paciente, el virus no necesita saber diferenciar entre células cancerosas y sanas. Además, tiene la ventaja de que también puede evitar la metástasis en caso de muerte del tumor.
Uno de los desafíos del tratamiento del cáncer es cómo destruir los tumores malignos sin dañar las células sanas. Un nuevo método que muestra grandes posibilidades para lograrlo emplea el uso de un gen suicida. Un gen suicida es un gen que hará que una célula se mate a sí misma mediante apoptosis. La terapia génica suicida implica la administración de un gen que codifica un producto citotóxico a las células tumorales. [6] Esto se puede lograr mediante dos enfoques, la terapia génica indirecta y la terapia génica directa. La terapia génica indirecta emplea un profármaco activado por enzimas, en el que la enzima convierte el profármaco en una sustancia tóxica y el gen que codifica esta enzima se administra a las células tumorales. Por ejemplo, una estrategia comúnmente estudiada se basa en la transfección de la timidina quinasa del virus del herpes simple (HSV-TK) junto con la administración de ganciclovir (GSV), en la que HSK-TK ayuda a convertir el GCV en un compuesto tóxico que inhibe la síntesis de ADN y causa la muerte celular. [7] [6] [8] Mientras que la terapia génica directa emplea un gen de toxina o un gen que tiene la capacidad de corregir genes proapoptóticos mutados, que a su vez pueden inducir la muerte celular a través de la apoptosis. Por ejemplo, la inmunotoxina más investigada para la terapia del cáncer es la toxina de la difteria, ya que inhibe la síntesis de proteínas al inactivar el factor de elongación 2 (EF-2), que a su vez inhibe la traducción de proteínas , [6] [9] Además, se identifica que p53 es frecuentemente anormal en tumores humanos y los estudios muestran que restaurar la función de p53 puede causar apoptosis de células cancerosas. [6] No se espera necesariamente que la terapia génica suicida elimine la necesidad de quimioterapia y radioterapia para todos los tumores cancerosos. Sin embargo, el daño infligido a las células tumorales las hace más susceptibles a la quimioterapia o la radiación. Este enfoque ya ha demostrado ser eficaz contra los cánceres de próstata y vejiga. La aplicación de la terapia génica suicida también se está expandiendo a varias otras formas de cáncer. Los pacientes con cáncer a menudo sufren de sistemas inmunológicos deprimidos, por lo que pueden sufrir algunos efectos secundarios del uso de un virus como agente transportador. [ cita requerida ]
La administración de genes suicidas se puede clasificar en tres grupos, que incluyen vectores virales, vectores sintéticos y vectores basados en células. [6] Los vehículos más eficientes para la administración de genes son los vectores virales. Los virus ampliamente utilizados para la terapia génica incluyen retrovirus, adenovirus (Ads), lentivirus y virus asociados a Adén (AAV). Los vectores no virales, como los vectores sintéticos, se utilizaron para combatir ciertas desventajas de los vectores virales, como la inmunogenicidad y la mutagénesis insercional, por nombrar algunas. Los vectores sintéticos se refieren al uso de nanopartículas , como las nanopartículas de oro, para administrar genes a las células objetivo. [10] Por último, los vectores basados en células emplean células madre como portadoras de genes suicidas. En los últimos años, se patentó la terapia génica mediada por células para el cáncer utilizando células madre mesenquimales (MSC). [11]
El efecto espectador (BE) es un fenómeno que resulta en la posibilidad de matar células tumorales no transfectadas ubicadas adyacentes a las células transducidas en la terapia génica suicida. [8] [12] [13] Como es muy difícil lograr la transducción del cien por ciento de todas las células tumorales, el BE es una característica fundamental de la terapia génica suicida.
Se supone que el fármaco muestra una alta especificidad hacia el cáncer para ser eficaz, pero los estudios han demostrado que esto rara vez se logra. Además, la expresión del gen suicida estaba bajo el control de promotores específicos del tumor como la telomerasa humana (hTERT), la osteocalcina y el antígeno carcinoembrionario ; sin embargo, solo se encontró que el promotor hTERT entró en ensayos clínicos. [14] Esto se debe principalmente al bajo poder transcripcional de estos promotores específicos del tumor para la expresión del gen suicida. Además, la mala accesibilidad a las células diana es una limitación importante de la terapia génica suicida. Otro obstáculo importante de la terapia génica suicida es la especificidad parcial del vector para las células afectadas diana. Finalmente, la falta de modelos animales específicos para predecir el resultado clínico y otros efectos de la SGT.
Los genes suicidas se utilizan a menudo en biotecnología para ayudar en la clonación molecular. Los vectores incorporan genes suicidas para un organismo (como E. coli ). El proyecto de clonación se centra en reemplazar el gen suicida por el fragmento deseado. La selección de vectores que contienen el fragmento deseado se mejora ya que los vectores que retienen el gen suicida dan como resultado la muerte celular.