El factor de transcripción 21 (TCF21), también conocido como pod-1, capsulante o epicardina, es una proteína que en los humanos está codificada por el gen TCF21 en el cromosoma 6 . [5] [6] [7] Se expresa de manera ubicua en muchos tejidos y tipos de células y se expresa de manera muy significativa en el pulmón y la placenta . [8] TCF21 es crucial para el desarrollo de varios tipos de células durante la embriogénesis del corazón , [9] pulmón, [10] riñón , [10] y bazo . [11] TCF21 también está desregulado en varios tipos de cánceres y, por lo tanto, se sabe que funciona como un supresor de tumores . [12] El gen TCF21 también contiene uno de los 27 SNP asociados con un mayor riesgo de enfermedad de las arterias coronarias . [13]
TCF21 se descubrió en 1998 cuando se buscaban nuevas proteínas bHLH específicas de tipo celular expresadas en riñones humanos y de ratón realizando una búsqueda en las bases de datos de etiquetas de secuencia expresada (EST). [6] Debido a que la transcripción que encontraron estaba altamente expresada en células epiteliales glomerulares viscerales ( podocitos ), TCF21 recibió el nombre de Pod-1. La comparación de Pod-1 con proteínas bHLH previamente caracterizadas identificó a Pod-1 como un nuevo miembro de una subfamilia de proteínas bHLH con funciones importantes en el desarrollo mesodérmico. [6] Luego se determinó la ubicación cromosómica de Pod-1 en el ratón utilizando un panel de retrocruzamiento interespecífico junto con un análisis genómico de transferencia Southern para identificar polimorfismos en la longitud de los fragmentos de restricción (RFLP) entre cepas endogámicas de ratones. El análisis mostró que Pod-1 se asigna a una región del cromosoma 10 del ratón que es sinténica con el cromosoma humano 6q23-q24. [6]
La distribución tisular de Pod-1 se determinó mediante hibridación de una transferencia Northern de múltiples tejidos humanos con un ADNc de Pod-1. Se usó una sonda que carecía del dominio bHLH para minimizar la reactividad cruzada junto con una hibridación y un lavado de alta rigurosidad. Los resultados mostraron que en humanos y ratones, Pod-1 se expresaba más intensamente en el riñón, el pulmón y el corazón, con expresión selectiva en los sitios de interacción epitelial-mesenquimatosa en el riñón, el pulmón, el intestino y el páncreas de embriones de ratón en desarrollo. [6] Se utilizó hibridación in situ de ARN utilizando ribosondas marcadas con 33 P para identificar los tipos de células que expresaban Pod-1 en el riñón en desarrollo y otros tejidos. Esto reveló la expresión de Pod-1 en células mesenquimales y podocitos, coincidiendo la expresión con el inicio de la diferenciación de los podocitos. [6] Se descubrió que la expresión de Pod-1 en explantes de riñón embrionario se inhibía mediante oligonucleótidos antisentido. Esta inhibición resultó en una disminución de la condensación de células mesenquimales alrededor de la yema ureteral y una disminución significativa de la ramificación ureteral. Pod-1 fue la primera proteína bHLH restringida a tejido identificada en el riñón en desarrollo y vinculada a la regulación de eventos morfogenéticos. [6]
En un esfuerzo por identificar nuevos factores bHLH relacionados con dHAND y eHAND (una nueva subclase de factores bHLH restringidos por tipo celular que se ha demostrado que desempeñan funciones importantes en la morfogénesis cardíaca), examinaron las bases de datos de etiquetas de secuencia expresada (EST) en busca de secuencias con homología con el bHLH. regiones de estos factores. [14] La nueva proteína bHLH que identificaron en su búsqueda también era Pod-1, pero usaron el nombre capsulina.
Se utilizó la hibridación in situ de montaje completo de transcritos de capsulina para definir los sitios de expresión, que demostraron ser específicos de las células precursoras mesodérmicas que rodean el epitelio de los sistemas gastrointestinal, genitourinario y respiratorio en desarrollo durante la embriogénesis del ratón. [15] Los patrones de expresión de ARNm de capsulina en tejidos de ratones adultos mediante transferencia Northern detectaron niveles más altos en los pulmones, con niveles más bajos en los riñones, el corazón y el bazo. También se encontró que las transcripciones de capsulina marcan el tabique espiral del corazón y las células progenitoras que dan lugar al pericardio y las arterias coronarias. [15]
La capsulina se tradujo en un lisado de reticulocitos de conejo en presencia y ausencia de la proteína bHLH E12 ampliamente expresada y se realizaron ensayos de cambio de movilidad en gel con varias secuencias de caja E como sondas para probar la actividad de unión al ADN de la proteína. [15] La capsulina sola no logró unirse a ninguna de las secuencias analizadas. Sin embargo, en presencia de E12 más capsulina, se generó un complejo de ADN con la sonda que migró más rápido que el complejo homodimérico E12 solo, lo que representa la unión de capsulina/heterodímeros E12. [15] Se concluyó que la capsulina se heterodimeriza con E12 y se une a la secuencia consenso específica de la caja E (CANNTG), aunque no activa la transcripción a través de esta secuencia por sí sola. Su patrón de expresión restringido y su actividad de unión al ADN identificaron a la capsulina como un regulador de la expresión genética en subtipos específicos de células mesodérmicas viscerales involucradas en la organogénesis y en células precursoras que contribuyen al pericardio, las arterias coronarias y las regiones del corazón. [15]
El gen TCF21 reside en el cromosoma 6 en la banda 6q23.2 e incluye 3 exones . [7] Estos tres exones están asociados con las islas CpG CGI1, CGI2 y CGI3. El análisis de metilación del ADN reveló hipermetilación en CGI1 y CGI3, pero no en CGI2 en muestras de varios tejidos cancerosos. [16] Los ensayos de indicador de luciferasa con construcciones que cubren secuencias de CGI3 en orientación sentido y antisentido demostraron que CGI3 alberga un promotor que dirige la síntesis de ARN largos no codificantes (lncRNA) previamente desconocidos en orientación antisentido a TCF21. Este lncRNA se ha denominado TARID (por ARN antisentido de TCF21 que induce desmetilación). [17]
TCF21 es miembro de la familia de factores de transcripción bHLH (hélice-bucle-hélice básica) . [18] Se prevé que esta proteína abarca 179 residuos de aminoácidos y contiene un dominio bHLH y una secuencia rica en arginina que puede facilitar la unión al ADN. [19]
TCF21 codifica un factor de transcripción de la familia básica hélice-bucle-hélice (bHLH), que gestiona la especificación, el compromiso y la diferenciación del destino celular en varios linajes celulares durante el desarrollo. [9] El producto TCF21 es específico del mesodermo y se expresa en el epicardio embrionario , los tejidos derivados del mesénquima del pulmón, el intestino, las gónadas y las células epiteliales mesenquimales y glomerulares del riñón. [7]
TCF21 es esencial para regular las propiedades del mesénquima que son de importancia crítica para varios aspectos de la morfogénesis de los pulmones y los riñones. [10] TCF21 también es esencial para el destino de las células de fibroblastos cardíacos , como lo demuestra el desarrollo fallido de fibroblastos cardíacos en ratones que carecen de TCF21. [9] En ausencia de TCF21, estas células progenitoras de fibroblastos no experimentan una transición epitelial a mesenquimatosa (EMT). Si bien las células epicárdicas que expresan TCF21 son inicialmente multipotentes, con el tiempo se comprometen con el linaje de fibroblastos. Aquellas células que expresan TCF21 que no se comprometen con el linaje de fibroblastos pierden esta expresión y permanecen como células epicárdicas indiferenciadas o células del músculo liso vascular coronario. [9] TCF21 se expresa en células mesodérmicas en el órgano proepicárdico que dan lugar a células del músculo liso (SMC) de la arteria coronaria y la pérdida de TCF21 da como resultado una mayor expresión de marcadores del músculo liso por parte de las células en la superficie del corazón, lo que coincide con una diferenciación prematura de SMC. Esto sugiere que la expresión temprana de TCF21 es importante para la expansión del compartimento SMC de la circulación coronaria, siendo necesaria la expresión persistente de TCF21 para el desarrollo de fibroblastos cardíacos. [20]
La activación de TCF21 está dirigida por un ARN largo no codificante antisentido , TARID (ARN antisentido de TCF21 que induce desmetilación). TARID activa la expresión de TCF21 al inducir la desmetilación del promotor y afecta los niveles de expresión de los genes diana al funcionar como reguladores epigenéticos de la estructura de la cromatina a través de interacciones con modificadores de histonas , complejos de remodelación de la cromatina , reguladores transcripcionales y/o maquinaria de metilación del ADN . [17]
Desde la identificación de la importancia de Tcf21 en varios linajes celulares, nuevas investigaciones han ampliado la comprensión de las funciones esenciales de este gen.
TCF21 es esencial para regular las propiedades del mesénquima que son de importancia crítica para varios aspectos de la morfogénesis de los pulmones y los riñones. Los ratones mutantes TCF21 nulos nacen pero mueren poco después debido a pulmones y riñones gravemente hipoplásicos que carecen de alvéolos y glomérulos maduros. [10] Si bien TCF21 se expresa exclusivamente en el mesénquima y los podocitos, se observan defectos importantes en los epitelios adyacentes de ratones mutantes TCF21. En el riñón, el TCF21 es necesario para la conversión del mesénquima condensado en epitelio de la nefrona, la morfogénesis ramificada y la diferenciación terminal del epitelio tubular. En el pulmón, se requiere TCF21 para modelar correctamente el eje proximodistal del epitelio de las vías respiratorias y para que se produzca una ramificación normal. [10]
Los ratones nulos con TCF21 tampoco logran formar un bazo, ya que TCF21 actúa después de la especificación esplénica para controlar la expansión morfogenética del anillo esplénico y, en su ausencia, las células precursoras esplénicas sufren apoptosis. [11] Dado que este fenotipo esplénico se parece al de ratones que carecen de los genes homeobox Hox11 y Bapx1, es posible que TCF21, junto con Hox11 y Bapx1 controlen un paso temprano esencial común en la vía de desarrollo de la organogénesis del bazo. [11]
TCF21 es esencial para el destino de las células de fibroblastos cardíacos, como lo demuestra el desarrollo fallido de fibroblastos cardíacos en ratones que carecen de TCF21. [9] En ausencia de TCF21, estas células progenitoras de fibroblastos no experimentan una transición epitelial a mesenquimatosa (EMT). Si bien las células epicárdicas que expresan TCF21 son inicialmente multipotentes, con el tiempo se comprometen con el linaje de fibroblastos. Aquellas células que expresan TCF21 que no se comprometen con el linaje de fibroblastos pierden esta expresión y permanecen como células epicárdicas indiferenciadas o células del músculo liso vascular coronario. [9] TCF21 se expresa en células mesodérmicas en el órgano proepicárdico que dan lugar a células del músculo liso (SMC) de la arteria coronaria y la pérdida de TCF21 da como resultado una mayor expresión de marcadores del músculo liso por parte de las células en la superficie del corazón, lo que coincide con una diferenciación prematura de SMC. Esto sugiere que la expresión temprana de TCF21 es importante para la expansión del compartimento SMC de la circulación coronaria, siendo necesaria la expresión persistente de TCF21 para el desarrollo de fibroblastos cardíacos. [20]
Se informa que los ratones macho knockout para TCF21, que mueren al nacer debido a insuficiencia respiratoria, tienen genitales feminizados, lo que implica a TCF21 en el desarrollo/diferenciación gonadal del ratón. [21] TCF21 reprime transcripcionalmente el factor esteroidogénico 1 (Sf1), un regulador de la expresión genética que media la diferenciación sexual y participa en la coordinación de las decisiones sobre el destino celular en los progenitores gonadales. [21] Sin TCF21, el desarrollo normal de las gónadas se altera como resultado de la expresión ectópica de Sf1, lo que conduce a un compromiso anormal de las células progenitoras urogenitales con destinos celulares esteroidogénicos. En la gónada XY, esta alteración de la organización contribuye a cambios en la estructura y vasculatura testicular. [21]
En humanos, TCF21 ha sido identificado como un gen supresor de tumores candidato y con frecuencia está silenciado epigenéticamente en varios cánceres humanos.
Se utilizó el escaneo genómico de puntos de restricción (RLGS) a lo largo de una región de pérdida recurrente de heterocigosidad (LOH) en el cromosoma 6q23-q24 para perfilar la metilación del ADN para probar la hipótesis de que la metilación anormal del promotor podría ayudar a identificar la ubicación de un candidato a supresor de tumores en regiones de LOH. 6q23-q24 fue la región cromosómica elegida debido a la LOH descrita con frecuencia en los carcinomas de células escamosas de cabeza y cuello humanos (HNSCC) y en los cánceres de pulmón de células no pequeñas (NSCLC), así como en otros tipos de tumores, pero sin ningún supresor de tumores identificado. [12] Se encontró que la hipermetilación ocurre con frecuencia en los mismos loci RLGS en HNSCC y NSCLC. La secuenciación con bisulfito de sodio identificó aún más la metilación específica del tumor de TCF21 en comparación con los controles normales. Se aislaron muestras de ARN de tejidos tumorales y se analizaron para correlacionar la cantidad de ARNm de TCF21 y metilación del ADN en las muestras. En general, las muestras de tumores con niveles más altos de hipermetilación de la isla CpG tenían una expresión de TCF21 disminuida que los controles normales. [12] La expresión exógena de TCF21 en células con loci TCF21 endógenos silenciados dio como resultado reducciones en las propiedades tumorales tanto in vitro como in vivo. A partir de estos resultados, se concluyó que TCF21 es un gen supresor de tumores, a menudo silenciado por la hipermetilación en el cáncer. [12]
TCF21 también se ha relacionado con la progresión del melanoma metastásico mediante la inhibición del gen supresor de metástasis KISS1. [22] El análisis de metilación del ADN en biopsias de pacientes con melanoma ha demostrado una regulación negativa de TCF21 debido a la hipermetilación del promotor, que también se correlaciona con una menor supervivencia en pacientes que padecen melanoma cutáneo metastásico. [22] TCF21, junto con E12 y TCF12, se unen al promotor KISS1, manteniendo su actividad. Sin TCF21 para interactuar con el promotor KISS1, la expresión de KISS1 se pierde. También se ha descubierto que las células de melanoma que sobreexpresan TCF21 muestran una motilidad reducida en comparación con las células de control de sólo vector. [22]
La investigación sobre el cáncer de pulmón inducido por el tabaco ha descubierto que el TCF21 se encuentra entre los genes identificados como altamente metilados en concentraciones altas y bajas de condensado de humo de cigarrillo (CSC). En presencia de genisteína, una de las isoflavonas bioactivas derivadas de la soja, la metilación de TCF21 se reduce significativamente. [23] Se sabe que la genisteína afecta la tumorigénesis a través de la regulación epigenética, como la configuración de la cromatina y la metilación del ADN, activando otros genes supresores de tumores que afectan la supervivencia de las células cancerosas. [24] Estos hallazgos respaldan la hipótesis de que el aumento de genes supresores de tumores hipermetilados, como TCF21, es una posible vía quimiopreventiva en el cáncer de pulmón inducido por el tabaco. [23]
TCF21 también puede tener potencial terapéutico para el tratamiento del cáncer de mama, ya que la regulación negativa de TCF21 se ha implicado en la tumorigénesis y proliferación del cáncer de mama. [15] La expresión del ARNm de TCF21 es muy baja en las células de cáncer de mama en comparación con las células epiteliales de mama normales. Esta baja expresión también se asocia con un gran tamaño del tumor y metástasis en los ganglios linfáticos. Los tejidos de cáncer de mama exhiben una expresión significativamente disminuida del ARNm de TCF21 y se ha descubierto que la sobreexpresión del ARNm de TCF21 inhibe la proliferación de células cancerosas. [15]
La metilación de TCF21 se ha considerado como un marcador clínico potencial en el diagnóstico del carcinoma de células renales. [25] En consecuencia, los niveles de metilación de TCF21 en muestras de orina pueden ser un medio útil para diagnosticar el carcinoma de células renales. Además, el polimorfismo TCF21 rs12190287 puede regular la expresión de TCF21 y puede servir como un marcador potencial de susceptibilidad genética al cáncer de mama. [26]
Además, un estudio de puntuación de riesgo genético de locus múltiples basado en una combinación de 27 loci, incluido el gen TCF21, identificó individuos con mayor riesgo de sufrir eventos de enfermedad arterial coronaria tanto incidentes como recurrentes, así como un mayor beneficio clínico del tratamiento con estatinas. El estudio se basó en un estudio de cohorte comunitario (el estudio Malmo Diet and Cancer) y cuatro ensayos controlados aleatorios adicionales de cohortes de prevención primaria (JUPITER y ASCOT) y cohortes de prevención secundaria (CARE y PROVE IT-TIMI 22). [27]