La colagenasa tipo IV de 72 kDa, también conocida como metaloproteinasa de matriz-2 (MMP-2) y gelatinasa A , es una enzima que en los humanos está codificada por el gen MMP2 . [5] El gen MMP2 se encuentra en el cromosoma 16 en la posición 12.2. [6]
Las proteínas de la familia de las metaloproteinasas de matriz (MMP) participan en la degradación de la matriz extracelular (ECM) en procesos fisiológicos normales, como el desarrollo embrionario , la reproducción y la remodelación tisular, así como en procesos patológicos, como la artritis y la metástasis . La mayoría de las MMP se secretan como proproteínas inactivas que se activan cuando son escindidas por proteinasas extracelulares . Este gen codifica una enzima que degrada el colágeno tipo IV , el principal componente estructural de las membranas basales . La enzima desempeña un papel en la degradación menstrual endometrial, la regulación de la vascularización y la respuesta inflamatoria. [7]
La activación de la MMP-2 requiere un procesamiento proteolítico . Un complejo de MMP de tipo 1 de membrana (MT1-MMP/MMP14) y un inhibidor tisular de la metaloproteinasa 2 reclutan pro-MMP 2 desde el medio extracelular a la superficie celular. La activación requiere entonces una molécula activa de MT1-MMP y una escisión autocatalítica. La agrupación de las cadenas de integrina promueve la activación de la MMP-2. Otro factor que favorecerá la activación de la MMP-2 es la agrupación célula-célula. También se requiere una molécula de adhesión celular leucocítica activada de tipo salvaje ( ALCAM ) para activar la MMP-2.
Las mutaciones en el gen MMP2 están asociadas con el síndrome de Torg-Winchester , osteólisis multicéntrica , síndrome de artritis , [8] [9] y posiblemente queloides.
La actividad de MMP-2 en relación con la otra gelatinasa ( MMP-9 ) se ha asociado con la gravedad de las enfermedades crónicas de las vías respiratorias, incluidas la neumonía intersticial idiopática y la bronquiectasia . En la neumonía intersticial idiopática, la actividad de MMP-2 se elevó en pacientes con el fenotipo de enfermedad menos grave, que es más sensible y reversible con la terapia con corticosteroides. [10] En la bronquiectasia no relacionada con fibrosis quística, la concentración de MMP-2 se elevó en pacientes con infección de las vías respiratorias por Haemophilus influenzae en comparación con la infección de las vías respiratorias por Pseudomonas aeruginosa . [11] Los pacientes con bronquiectasias con infección por P. aeruginosa tienen una disminución más rápida de la función pulmonar. [12] Las mutaciones causantes de enfermedades en el gen MMP2 causan un tipo raro de displasia esquelética, el síndrome de osteólisis multicéntrica, nodulosis y artropatía . Las mutaciones anormales causan una remodelación defectuosa del colágeno. Las manifestaciones de la enfermedad incluyen destrucción ósea, especialmente de las muñecas y el tarso, osteoporosis generalizada y rigidez y, finalmente, destrucción de las articulaciones. [13] [9]
Los niveles alterados de expresión y actividad de las MMP se han visto fuertemente implicados en la progresión y metástasis de muchas formas de cáncer. El aumento de la actividad de MMP-2 también se ha relacionado con un mal pronóstico en múltiples formas de cáncer, incluyendo el colorrectal , melanoma , mama , pulmón , ovario y próstata . [14] Además, los cambios en la actividad de MMP-2 pueden provenir de alteraciones en los niveles de transcripción , secreción de MMP, activación de MMP o inhibición de MMP. La producción de MMP en muchos cánceres puede estar regulada positivamente en el tejido estromal circundante en lugar de simplemente en la lesión tumoral. Por ejemplo, Mook, et al. demostraron que los niveles de ARNm de MMP-2 son sorprendentemente similares entre las lesiones metastásicas y no metastásicas en el cáncer colorrectal, pero los casos metastásicos se correlacionan con niveles más altos de ARNm de MMP-2 en el tejido sano circundante. [15] Por esta razón, es difícil comprender completamente el papel complejo de las MMP en la progresión del cáncer.
Una de las principales implicaciones de las MMP en la progresión del cáncer es su papel en la degradación de la matriz extracelular, que permite que las células cancerosas migren fuera del tumor primario para formar metástasis. Más específicamente, la MMP-2 (junto con la MMP-9 ) es capaz de degradar el colágeno tipo IV , el componente más abundante de la membrana basal . La membrana basal es importante para mantener la organización tisular, proporcionar soporte estructural a las células e influir en la señalización y la polaridad celular. La degradación de la membrana basal es un paso esencial para la progresión metastásica de la mayoría de los cánceres. [15]
La invasión de células cancerosas, la degradación de la matriz extracelular y la metástasis están estrechamente relacionadas con la presencia de invadopodios , estructuras protrusivas y adhesivas en las células cancerosas. Se ha demostrado que los invadopodios concentran MMP (incluidas MT1-MMP , MMP-2 y MMP-9 ) para su liberación y activación localizadas. [16] Además, los productos de degradación de la actividad de MMP pueden promover aún más la formación de invadopodios y la actividad de MMP. [17] Finalmente, se ha demostrado que MMP-2 y varias otras MMP activan proteolíticamente TGF-β , que se ha demostrado que promueve la transición epitelial mesenquimal (EMT), un proceso clave involucrado en la metástasis del cáncer. [18]
La degradación de la matriz extracelular por MMP afecta el comportamiento celular a través de cambios en la unión de la integrina con la célula, mediante la liberación de factores de crecimiento albergados por la matriz extracelular, mediante la generación de productos de degradación de la matriz extracelular y mediante la revelación de sitios de unión crípticos en las moléculas de la matriz extracelular. [19] Por ejemplo, la degradación del colágeno tipo I por MMP-2 puede revelar un sitio de unión críptico previamente inaccesible que se une a la integrina α v β 3 expresada por las células de melanoma humano. La señalización a través de esta integrina es necesaria para la viabilidad y el crecimiento de las células de melanoma en una matriz de colágeno y puede potencialmente rescatar a las células de la apoptosis . [20] Como otro ejemplo, se ha demostrado que la escisión de la laminina-5, un componente de la membrana basal, por MMP-2 revela un sitio críptico que induce la migración de las células epiteliales mamarias. [21]
De manera más general, al degradar la matriz extracelular, las MMP liberan factores de crecimiento que previamente estaban unidos a la matriz extracelular, lo que les permite unirse a los receptores celulares e influir en la señalización celular. Además, muchas MMP también activan otras proMMP junto con los factores de crecimiento. [19] También se ha demostrado que la MMP-2 escinde otros sustratos que no son de la matriz extracelular, incluidos factores de crecimiento como TGF-β , receptor 1 de FGF , pro TNF , IL-1β y varias quimiocinas . [22] Por ejemplo, se ha implicado a la MMP-2, junto con la MMP-9, en la escisión de TGF-β latente , que tiene interacciones complejas con las células cancerosas. El TGF-β generalmente desempeña un papel en el mantenimiento de la homeostasis tisular y en la prevención de la progresión tumoral. Sin embargo, las células cancerosas genéticamente inestables a menudo pueden evadir la regulación por TGF-β alterando los receptores de TGF-β en los procesos de señalización posteriores. Además, la expresión de TGF-β también está correlacionada con la tolerancia inmunitaria y puede ayudar a proteger a las células cancerosas de la regulación inmunitaria. [23]
La MMP-2 también desempeña un papel importante en la formación de nuevos vasos sanguíneos dentro de los tumores, un proceso conocido como angiogénesis . Este proceso es esencial para la progresión tumoral, porque a medida que los tumores crecen necesitan un suministro cada vez mayor de oxígeno y nutrientes. La actividad localizada de la MMP-2 desempeña un papel importante en la migración de células endoteliales, una característica clave de la angiogénesis . Además, se ha sugerido que la MMP-9 y otras MMP también desempeñan un papel indirecto complejo en la angiogénesis al promover la movilización del VEGF y generar factores antiangiogénicos. [15]
Por ejemplo, al estudiar la carcinogénesis de los islotes pancreáticos en ratones transgénicos, Bergers et al. demostraron que la MMP-2 y la MMP-9 se regulaban positivamente en las lesiones angiogénicas y que la regulación positiva de estas MMP desencadenaba la liberación de VEGF bioactivo , un potente estimulador de la angiogénesis. Además, el grupo determinó que los ratones knock out de MMP-2 mostraban tasas reducidas de crecimiento tumoral en relación con las tasas de crecimiento tumoral en ratones de tipo salvaje. [24] Además, el aumento de la expresión y la actividad de la MMP-2 se ha relacionado con una mayor vascularización de las metástasis de carcinoma pulmonar en el sistema nervioso central, lo que probablemente aumenta la tasa de supervivencia de estas metástasis. [25]
Por último, también se ha demostrado que la MMP-2 impulsa la linfangiogénesis , que a menudo es excesiva en entornos tumorales y puede proporcionar una ruta de metástasis para las células cancerosas. Detry, et al. demostraron que la eliminación de mmp2 en el pez cebra impidió la formación de vasos linfáticos sin alterar la angiogénesis, mientras que la inhibición de MMP-2 ralentizó la migración de células endoteliales linfáticas y alteró la morfología de nuevos vasos. [15] Estos resultados sugieren que la MMP-2 puede alterar la viabilidad y la invasión tumoral regulando la linfangiogénesis además de la angiogénesis.
Los ensayos clínicos para terapias contra el cáncer que utilizan inhibidores de MMP han arrojado resultados generalmente infructuosos. Estos malos resultados probablemente se deben al hecho de que las MMP desempeñan funciones complejas en la formación de tejidos y la progresión del cáncer, y de hecho muchas MMP tienen propiedades tanto protumorales como antitumorales. Además, la mayoría de los estudios clínicos involucran etapas avanzadas del cáncer, donde los inhibidores de MMP no son particularmente efectivos. Finalmente, no hay biomarcadores confiables disponibles para evaluar la eficacia de los inhibidores de MMP y las MMP no son directamente citotóxicas (por lo que no causan la reducción del tumor), por lo que es difícil para los investigadores determinar si los inhibidores han alcanzado con éxito sus objetivos. [14]
Sin embargo, los ensayos clínicos iniciales con inhibidores de MMP de amplio espectro mostraron algunos resultados positivos. Los ensayos clínicos de fase I demostraron que los inhibidores de MMP son generalmente seguros y tienen efectos secundarios adversos mínimos. Además, los ensayos con marimastat mostraron un ligero aumento en la supervivencia de los pacientes con cáncer gástrico o pancreático. [14]
Varios grupos de investigación ya han sugerido muchas estrategias para mejorar la eficacia de los inhibidores de MMP en el tratamiento del cáncer. En primer lugar, se podrían utilizar inhibidores de MMP altamente específicos para actuar sobre las funciones de MMP específicas, lo que debería permitir a los médicos aumentar la dosis del tratamiento y minimizar los efectos secundarios adversos. Los inhibidores de MMP también se podrían administrar junto con agentes citotóxicos u otros inhibidores de proteinasas. Por último, los inhibidores de MMP se podrían utilizar durante las primeras etapas del cáncer para prevenir la invasión y la metástasis. [14]
Además, la sobreexpresión de MMP en tumores puede ser potencialmente aprovechada para dirigir la liberación de agentes quimioterapéuticos específicamente a los sitios tumorales. Por ejemplo, los agentes citotóxicos o ARNi podrían encapsularse en liposomas o vectores virales que se activan solo tras la escisión proteolítica por una MMP diana. Además, las características de focalización tumoral de los inhibidores de MMP proporcionan una estrategia prometedora para identificar tumores pequeños. Los investigadores podrían vincular los inhibidores de MMP a agentes de diagnóstico por imagen para facilitar la detección de tumores antes de que se propaguen. Aunque los ensayos iniciales arrojaron resultados decepcionantes, los inhibidores de MMP ofrecen un potencial significativo para mejorar el tratamiento del cáncer al ralentizar el proceso de invasión y metástasis de las células cancerosas. [14]
Se ha demostrado que MMP2 interactúa con:
