La inestabilidad de microsatélites ( MSI ) es la condición de hipermutabilidad genética (predisposición a la mutación ) que resulta de una alteración en la reparación de errores de coincidencia del ADN (MMR). La presencia de MSI representa evidencia fenotípica de que MMR no funciona normalmente.
MMR corrige errores que ocurren espontáneamente durante la replicación del ADN , como desajustes de una sola base o inserciones y eliminaciones cortas . Las proteínas involucradas en la MMR corrigen los errores de la polimerasa formando un complejo que se une a la sección de ADN que no coincide, elimina el error e inserta la secuencia correcta en su lugar. [1] Las células con MMR que funcionan anormalmente no pueden corregir los errores que ocurren durante la replicación del ADN y, en consecuencia, acumulan errores. Esto provoca la creación de nuevos fragmentos de microsatélites . Los ensayos basados en la reacción en cadena de la polimerasa pueden revelar estos nuevos microsatélites y proporcionar evidencia de la presencia de MSI.
Los microsatélites son secuencias repetidas de ADN. Estas secuencias pueden estar formadas por unidades de 1 a 6 pares de bases de longitud que se repiten y residen adyacentes entre sí en el genoma. Aunque la longitud de los microsatélites puede variar de persona a persona y contribuye a la "huella digital" del ADN individual, cada individuo tiene microsatélites de una longitud determinada. El microsatélite más común en humanos es una repetición de dinucleótidos de los nucleótidos C y A , que ocurre decenas de miles de veces en todo el genoma. Los microsatélites también se conocen como repeticiones de secuencia simple (SSR).
La estructura de inestabilidad de los microsatélites consta de nucleótidos repetidos, que se ven con mayor frecuencia como repeticiones GT/CA. [2]
Los investigadores aún tienen que confirmar la definición precisa de la estructura MSI. Si bien todos los investigadores están de acuerdo en que los microsatélites son secuencias repetidas, la longitud de las secuencias sigue siendo cuestionable. Algunas investigaciones sugieren que las MSI son secuencias cortas repetidas de ADN en tándem de uno a seis pares de bases en todo el genoma, mientras que otras investigaciones sugieren que el rango puede ser de dos a cinco. [3]
Aunque los investigadores no se ponen de acuerdo sobre un umbral específico para el número de repeticiones en tándem que constituyen un microsatélite, existe consenso sobre su tamaño relativo. Las secuencias más largas se denominan minisatélites y las secuencias aún más largas se denominan sitios de ADN satélite . Algunos científicos distinguen entre las tres categorías mediante un número mínimo de pares de bases y otros utilizan un número mínimo de unidades repetidas. La mayoría de las repeticiones ocurren en regiones no traducidas, específicamente en intrones . Sin embargo, los microsatélites que se encuentran en regiones codificantes a menudo inhiben la expansión de la mayoría de los eventos posteriores. Los microsatélites constituyen aproximadamente el tres por ciento del genoma humano, o más de un millón de fragmentos de ADN. La densidad de microsatélites aumenta con el tamaño del genoma y se ve el doble en los extremos de los brazos de los cromosomas que en los cuerpos de los cromosomas. [4]
MSI fue descubierto en los años 1970 y 1980.
En un sentido amplio, la MSI resulta de la incapacidad de las proteínas reparadoras de errores de coincidencia (MMR) para corregir un error de replicación del ADN. La replicación del ADN ocurre en la fase "S" del ciclo celular ; el evento defectuoso que crea una región MSI ocurre durante el segundo evento de replicación. La cadena original no sufre daños, pero la cadena hija experimenta una mutación por cambio de marco debido al deslizamiento de la ADN polimerasa. Específicamente, la ADN polimerasa se desliza, creando un bucle de inserción-deleción temporal, que generalmente es reconocido por las proteínas MMR. Sin embargo, cuando las proteínas MMR no funcionan normalmente, como en el caso de MSI, este bucle produce mutaciones por cambio de marco, ya sea mediante inserciones o eliminaciones, lo que produce proteínas que no funcionan. [5]
MSI es exclusivo de los polimorfismos del ADN porque los errores de replicación varían en longitud en lugar de secuencia. La velocidad y la dirección de las mutaciones que producen MSI son los componentes principales para determinar las diferencias genéticas. Hasta la fecha, los científicos coinciden en que las tasas de mutación difieren en la posición de los loci. Cuanto mayor sea la duración del MSI, mayor será la tasa de mutación. [4]
Aunque la mayoría de las mutaciones de MSI son el resultado de mutaciones de cambio de marco, en ocasiones los eventos de mutación que conducen a MSI se derivan de la hipermetilación del promotor h MLH1 (proteína MMR). La hipermetilación ocurre cuando se agrega un grupo metilo a un nucleótido de ADN, lo que resulta en el silenciamiento del gen y, por lo tanto, produce MSI. [6]
Los investigadores han demostrado que el daño oxidativo produce mutaciones de cambio de marco, lo que produce MSI, pero aún tienen que ponerse de acuerdo sobre un mecanismo preciso. Se ha demostrado que cuanto más estrés oxidativo se ejerce sobre el sistema, más probable es que se produzcan mutaciones. Además, la catalasa reduce las mutaciones, mientras que el cobre y el níquel aumentan las mutaciones al aumentar la reducción de peróxidos. Algunos investigadores creen que el estrés oxidativo en loci específicos da como resultado que la ADN polimerasa se detenga en esos sitios, creando un entorno para que se produzca el deslizamiento del ADN. [7]
Al principio, los investigadores creyeron que la MSI era aleatoria, pero hay evidencia que sugiere que los objetivos de la MSI incluyen una lista cada vez mayor de genes. Los ejemplos incluyen el gen del receptor beta del factor de crecimiento transformante y el gen BAX . Cada objetivo conduce a diferentes fenotipos y patologías. [8]
La inestabilidad de los microsatélites se asocia con cáncer de colon, cáncer gástrico, cáncer de endometrio, cáncer de ovario, cáncer del tracto hepatobiliar, cáncer del tracto urinario, cáncer de cerebro y cáncer de piel. La MSI es más prevalente en asociación con cánceres de colon. Cada año se producen más de 500.000 casos de cáncer de colon en todo el mundo. Según los hallazgos de más de 7000 pacientes estratificados para cánceres de colon MSI-Alto (MSI-H), MSI-Bajo (MSI-L) o Microsatélite Estable (MSS), aquellos con tumores MSI-H tuvieron un pronóstico más positivo en un 15%. en comparación con los tumores MSI-L o MSS. [9]
Los tumores colorrectales con MSI se encuentran en el colon derecho, asociados con tejido poco diferenciado, niveles elevados de mucinógenos, linfocitos infiltrantes del tumor y presencia de una respuesta del huésped similar a la de Crohn. [10] [11] Los tumores MSI-H que contribuyen al cáncer colorrectal exhiben menos metástasis que otros cánceres colorrectales derivados. Esto lo demuestran investigaciones anteriores que muestran que los tumores MSI-H son más representativos en los cánceres en etapa II que en los cánceres en etapa III. [3]
Los científicos han explorado la conexión de las proteínas de clasificación de proteínas vacuolares (VPS) con la MSI. Al igual que MSI, VPS está relacionado con los cánceres gástrico y de colon. Un estudio informa que las proteínas VPS estaban relacionadas con los cánceres MSI-H, pero no con los cánceres MSI-L, restringiendo así las VPS a los cánceres específicos de MSI-H. [12]
El estado de MSI-H plantea la posibilidad de síndrome de Lynch , pero MSI-H también puede ocurrir en pacientes sin síndrome de Lynch y la confirmación del síndrome de Lynch requiere una prueba de ADN de la línea germinal . El síndrome de Lynch está asociado con MSI y aumenta el riesgo de cáncer de colon, endometrio, ovario, estómago, intestino delgado, tracto hepatobiliar, tracto urinario, cerebro y piel. [3]
Un estudio realizó a más de 120 pacientes con síndrome de Lynch y atribuyó la reacción similar a la de Crohn (CLR) asociada con MSI a "neopéptidos específicos de tumores generados durante la carcinogénesis de MSI-H". Este estudio corroboró además que "la presencia de protección inmune antimetastásica en pacientes con CCR MSI-H puede explicar los hallazgos recientes de que la quimioterapia adyuvante con 5-FU no tiene efectos beneficiosos o incluso adversos en este colectivo". Los investigadores suponen que existe un papel protector de los linfocitos contra el CCR MSI-H que previene la metástasis tumoral. [13]
Los tumores MSI en el 15% de los cánceres colorrectales esporádicos son el resultado de la hipermetilación del promotor del gen MLH 1, mientras que los tumores MSI en el síndrome de Lynch son causados por mutaciones de la línea germinal en MLH1 , MSH2 , MSH6 y PMS2 . [3]
MSI ha sido evidente en la causa de carcinomas sebáceos. Los carcinomas sebáceos son un subconjunto de una patología más amplia, el síndrome de Muir-Torre . MSI se expresa de forma variable en el síndrome de Muir-Torre, y se expresa con mayor frecuencia con patologías compartidas en pacientes con cáncer de colon. Además, las proteínas MMR MLH 1, MSH 2, MSH6 y PMS2 son fundamentales en el carcinoma sebáceo periocular, que se observa en el párpado en el 40% de los carcinomas sebáceos. [14]
En mayo de 2017, la FDA aprobó un inmunoterapéutico llamado Keytruda ( pembrolizumab ) ( inhibidor de PD-1 ) para pacientes con tumores sólidos irresecables o metastásicos con inestabilidad de microsatélites alta (MSI-H) o deficiencia en la reparación de desajustes (dMMR) que han progresado después de un tratamiento previo. Esta indicación es independiente de la evaluación de la expresión de PD-L1 , el tipo de tejido y la ubicación del tumor. [15]
MSI es un buen marcador para detectar el síndrome de Lynch y determinar el pronóstico de los tratamientos contra el cáncer. En 1996, el Instituto Nacional del Cáncer (NCI) organizó un taller internacional sobre el síndrome de Lynch, que condujo al desarrollo de las “Directrices Bethesda” y los lugares para las pruebas de MSI. Durante este primer taller, el NCI acordó cinco marcadores de microsatélites necesarios para determinar la presencia de MSI: dos mononucleótidos, BAT25 y BAT26, y tres repeticiones de dinucleótidos, D2S123, D5S346 y D17S250. Los tumores MSI-H resultan de MSI de más del 30% de loci MSI inestables (>2 o más de los 5 loci). Los tumores MSI-L son el resultado de menos del 30% de biomarcadores de MSI inestables. Los tumores MSI-L se clasifican como tumores de etiologías alternativas. Varios estudios demuestran que los pacientes con MSI-H responden mejor a la cirugía sola, en lugar de a la quimioterapia y la cirugía, lo que evita que los pacientes experimenten quimioterapia innecesariamente. [3]
Seis años más tarde, durante el segundo taller organizado por el NCI para revisar el síndrome de Lynch en 2002, se revisaron las Directrices Bethesda (publicadas posteriormente en 2004 [16] ), que recomendaban nuevos criterios para las pruebas de MSI. Específicamente, identificaron los cinco loci de mononucleótidos como superiores a la mezcla de loci de mono y dinucleótidos porque los loci de dinucleótidos podían parecer desplazados, cuando en realidad no lo estaban, aumentando así la posibilidad de un resultado falso positivo de MSI-H.
El primer kit disponible comercialmente fue proporcionado por Promega Corporation , Madison, Wisconsin, llamado Sistema de análisis de inestabilidad 1.2 de microsatélites (RUO). Desde entonces, Promega MSI RUO ha sido ampliamente adoptado desde 2004, con más de 120 publicaciones revisadas por pares que citan su posición global como el estándar de oro para determinar el estado de MSI del tejido canceroso.
Recientemente, se han introducido con éxito en el mercado kits de detección de MSI basados en PCR en tiempo real [17] . El formato de tubo cerrado de un solo paso, la alta precisión y sensibilidad de los productos basados en PCR en tiempo real sin ningún análisis adicional después de la amplificación por PCR en comparación con los métodos tradicionales (PCR seguida de análisis de fragmentos) se han considerado ventajas críticas.
La inteligencia artificial también se ha utilizado para predecir MSI a partir de la aparición de tumores bajo el microscopio. [11] [18] La patología digital se puede someter a técnicas de aprendizaje automático y se pueden hacer predicciones sobre MSI sin ninguna prueba molecular. [11] Estos métodos aún no han mostrado resultados que sean suficientes para incorporarlos en la atención clínica.
Los mecanismos directos e indirectos contribuyen a la resistencia a la quimioterapia. Los mecanismos directos incluyen vías que metabolizan el fármaco, mientras que los mecanismos indirectos incluyen vías que responden al tratamiento de quimioterapia. La vía de reparación del ADN NER desempeña un papel importante en la reversión del daño celular causado por agentes quimioterapéuticos como el 5-FU. [19]
En mayo de 2017, la FDA aprobó un inmunoterapéutico llamado Keytruda ( pembrolizumab ) ( inhibidor de PD-1 ) para pacientes con tumores sólidos irresecables o metastásicos con inestabilidad de microsatélites alta (MSI-H) o deficiencia en la reparación de desajustes (dMMR) que han progresado después de un tratamiento previo. Esta indicación es independiente de la evaluación de la expresión de PD-L1 , el tipo de tejido y la ubicación del tumor. [15]
Los investigadores han encontrado otra MSI, llamada alteraciones elevadas de microsatélites en repeticiones de tetranucleótidos seleccionadas (EMAST). Sin embargo, EMAST es único porque no se deriva de MMR y comúnmente se asocia con mutaciones de TP53 . [5]
EMAST se observa en una variedad de cánceres, incluidos los de pulmón, cabeza y cuello, colorrectal, piel, tracto urinario y órganos reproductivos. Los sitios de órganos externos tienen más potencial para EMAST. Algunos investigadores creen que EMAST puede ser consecuencia de una mutagénesis. Los márgenes positivos de EMAST en márgenes de cáncer que de otro modo serían negativos sugieren una recaída de la enfermedad en los pacientes. [20]
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