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Cadherina-1

Cadherina-1 o cadherina epitelial (E-cadherina) , (que no debe confundirse con la proteína activadora APC/C CDH1 ) es una proteína que en los seres humanos está codificada por el gen CDH1 . [5] Las mutaciones se correlacionan con cánceres gástricos , de mama , colorrectales, de tiroides y de ovario. CDH1 también ha sido designado como CD324 ( grupo de diferenciación 324). Es un gen supresor de tumores . [6] [7]

Historia

El descubrimiento de las proteínas de adhesión célula-célula cadherina se atribuye a Masatoshi Takeichi, cuya experiencia con la adhesión de células epiteliales comenzó en 1966. [8] Su trabajo comenzó originalmente estudiando la diferenciación del cristalino en embriones de pollo en la Universidad de Nagoya, donde exploró cómo las células de la retina regulan la diferenciación de las fibras del cristalino. Para ello, Takeichi recolectó inicialmente un medio que había cultivado previamente células neuronales de la retina (CM) y había suspendido células epiteliales del cristalino en él. Observó que las células suspendidas en el medio CM presentaban una adhesión más tardía en comparación con las células en su medio habitual. Esto despertó su interés en la adhesión celular y pasó a examinar la adhesión en otras condiciones, como en presencia de proteínas, magnesio y calcio. En este punto de la década de 1970, se entendía poco sobre los roles específicos que desempeñaban estos iones. [9] Por lo tanto, el trabajo de Takeichi en el descubrimiento del papel del calcio en la adhesión célula-célula fue altamente transformador. [10] [11]

Takeichi descubrió la existencia de múltiples cadherinas, comenzando por la E-cadherina. Utilizando ratas inmunizadas con células F9, trabajó con un estudiante de grado en el laboratorio de Okada, Noboru Suzuki, para generar anticuerpos de ratón llamados ECCD1. Este anticuerpo bloqueó la capacidad de adhesión celular y mostró una interacción dependiente del calcio con su antígeno, la E-cadherina. [12] Luego descubrieron que el ECCD1 reaccionaba a una variedad de células epiteliales al comparar las distribuciones de anticuerpos. [13] La demora que experimentó Takeichi en descubrir específicamente la E-cadherina probablemente se debió al modelo que utilizó para investigar inicialmente la adherencia celular. Las células V79 de hámster chino aparentemente no expresaban E-cadherina, sino otros 20 subtipos que se han descubierto desde entonces. [14]

Función

Cadherin-1 es un miembro clásico de la superfamilia de las cadherinas . La proteína codificada es una glucoproteína de adhesión célula-célula dependiente del calcio compuesta por cinco repeticiones de cadherina extracelulares, una región transmembrana y una cola citoplasmática altamente conservada . Las mutaciones en este gen se correlacionan con cánceres gástrico, de mama, colorrectal, tiroides y ovario. Se cree que la pérdida de función contribuye a la progresión del cáncer al aumentar la proliferación, la invasión y/o la metástasis. El ectodominio de esta proteína media la adhesión bacteriana a las células de mamíferos, y el dominio citoplasmático es necesario para la internalización. Las variantes de transcripción identificadas surgen de la mutación en los sitios de empalme de consenso. [15]

La E-cadherina (epitelial) es el miembro más estudiado de la familia de las cadherinas y es una proteína transmembrana esencial dentro de las uniones adherentes. Además de la E-cadherina, las uniones adherentes están compuestas por los componentes intracelulares p120-catenina , beta-catenina y alfa-catenina . [16] Juntas, estas proteínas estabilizan los tejidos epiteliales y regulan el intercambio intercelular. La estructura de la E-cadherina consta de 5 repeticiones de cadherina (EC1 ~ EC5) en el dominio extracelular, un dominio transmembrana y un dominio intracelular altamente fosforilado. Esta región es vital para la unión de la beta-catenina y, por lo tanto, para la función de la E-cadherina. [17] La ​​beta-catenina también puede unirse a la alfa-catenina. La alfa-catenina participa en la regulación de los filamentos del citoesqueleto que contienen actina . En las células epiteliales, las uniones entre células que contienen E-cadherina suelen estar adyacentes a filamentos del citoesqueleto que contienen actina .

La E-cadherina se expresa por primera vez en la etapa de 2 células del desarrollo de los mamíferos y se fosforila en la etapa de 8 células, donde causa compactación. [18] En los tejidos adultos, la E-cadherina se expresa en los tejidos epiteliales , donde se regenera constantemente con una vida media de 5 horas en la superficie celular. [ cita requerida ] Las interacciones célula-célula mediadas por la E-cadherina son cruciales para la formación de la blástula en muchos animales. [19]

Las células epiteliales vecinas pueden transducir información mecánica a través de interacciones con E-cadherina, representada aquí como una cadherina genérica. Los filamentos de actina están asociados con varias proteínas de complejos adherentes, como la α-catenina y la vinculina. La actividad de estas proteínas y la E-cadherina permite que se ejerza un estímulo de tracción de un sistema de actomiosina a otro, lo que permite la coordinación tisular.

Ciclo celular

Se sabe que la E-cadherina media la inhibición de la proliferación dependiente de la adhesión al desencadenar la salida del ciclo celular a través de la inhibición de la proliferación por contacto (CIP) y el reclutamiento de la vía Hippo . [20] Las adhesiones de E-cadherina inhiben las señales de crecimiento, lo que inicia una cascada de quinasas que excluye al factor de transcripción YAP del núcleo. Por el contrario, la disminución de la densidad celular (disminución de la adhesión célula-célula) o la aplicación de un estiramiento mecánico para colocar las E-cadherinas bajo una mayor tensión promueve la entrada al ciclo celular y la localización nuclear de YAP. [21]

Clasificación celular durante la gemación epitelial

Se ha descubierto que la E-cadherina tiene un papel en la morfogénesis y ramificación epitelial, como durante la formación de brotes epiteliales. Fisiológicamente, la ramificación es una característica importante que permite que los tejidos, como las glándulas salivales y los brotes pancreáticos, maximicen las áreas de superficie funcionales. [22] Se ha descubierto que la aplicación de factores de crecimiento y matriz extracelular adecuados puede inducir la ramificación en el tejido, pero los mecanismos de ramificación parecen diferir entre el epitelio de una sola capa y el estratificado. [23] [24]

La ramificación de una sola capa se produce cuando las influencias mecánicas cercanas, como las células del músculo liso de las vías respiratorias, hacen que las láminas epiteliales se doblen. [25] El epitelio estratificado no puede responder al estímulo de la misma manera debido a la ausencia de espacio interno (es decir, lumen) que permite la flexibilidad de la lámina de tejido. [26] En cambio, parece que los brotes epiteliales estratificados se generan por la hendidura de un grupo de células epiteliales originales. Las investigaciones en las glándulas salivales revelaron que los brotes se expanden a medida que las nuevas células se distribuyen uniformemente por la superficie periférica. Las células derivadas de la superficie continúan replicándose y producen células hijas, que luego se mueven desde el interior de regreso a la superficie. Este movimiento se mantiene mediante un gradiente de E-cadherina, en el que las células de la superficie tienen niveles bajos de E-cadherina y las células del interior tienen niveles altos de E-cadherina. Tal sistema permite mayores interacciones entre las células interiores, lo que limita la movilidad y garantiza que permanezcan más estáticas, al mismo tiempo que garantiza que las células de la superficie estén comparativamente menos obstaculizadas. Esto da una fluidez a su movimiento dentro de los epitelios estratificados, hasta que comienzan a acumularse en los bordes de la yema en formación. [27]

Si bien este gradiente es importante para la clasificación celular dentro de las capas de tejido, experimentos adicionales muestran que la generación física de brotes depende de las interacciones entre células y matriz [13] . A medida que las células de baja E-cadherina se acumulan en la superficie, se adhieren firmemente a la membrana basal, lo que permite que los epitelios se agrieten y broten a medida que el área de la superficie se expande y se pliega. Si se altera la estructura de la membrana basal, como por ejemplo por la colagenasa, las células de baja E-cadherina ya no tienen una barrera con la que interactuar. Las células hijas derivadas de la superficie no logran permanecer en la periferia para iniciar la brotación en estas condiciones, pero la brotación se puede restablecer con la restauración de la membrana basal.

Clasificación celular durante la gastrulación

Las cualidades adhesivas de la E-cadherina indican que podría ser un jugador relevante dentro de la organización de la capa germinal durante la gastrulación . La gastrulación es una fase fundamental del desarrollo de los vertebrados en la que se definen tres capas germinales primarias, ectodermo , mesodermo y endodermo . [28] La adhesión celular se ha relacionado con la clasificación de los progenitores, donde se encontró que el ectodermo era el menos cohesivo y el mesodermo era comparable a la cohesión del endodermo. [29] El trabajo inicial que agotó el calcio de los medios y, más sorprendentemente, el deterioro de la E-cadherina dañaron en gran medida la cohesión de la capa germinal primaria. A medida que se examinaron más a fondo las propiedades cohesivas de los progenitores, se encontraron concentraciones más altas de CDH-1 en el mesodermo o el endodermo que en el ectodermo. Si bien la adhesión es un factor en la gastrulación, se encontró que el factor impulsor de la clasificación celular estaba en la tensión célula-corteza [15] . La alteración de la corteza celular dependiente de la actomiosina con despolimerizadores de actina e inhibidores de la miosina II interrumpió los equilibrios de tensión impedidos y fue suficiente para inhibir la clasificación celular. Esto es probable porque la clasificación celular es impulsada por la minimización de la energía. Dentro de la energética del tejido, la tensión juega un papel importante para asegurar: (1) una tensión superficial más baja rodea las capas germinales con mayor tensión superficial; (2) la tensión superficial agregada aumenta apropiadamente; y (3) la tensión es más alta en la interfaz célula-medio que en la interfaz célula-célula[8]. La adhesión celular aún debe considerarse para una comprensión completa de la clasificación de progenitores, ya que disminuye directamente los efectos energéticos de la tensión. Combinadas, la tensión y la adhesión aumentan la tensión superficial agregada, lo que permite interacciones únicas entre diferentes capas germinales y una clasificación celular apropiada. [30]

Migración celular

La migración celular es vital para la construcción y el mantenimiento de la organización multicelular. La morfogénesis implica numerosos eventos de migración celular, como la migración de las láminas epiteliales en la gastrulación, la migración de las células de la cresta neural o la migración del primordio de la línea lateral posterior. [31] Se sabe que las células que comienzan a internalizarse en la superficie dorsal del embrión se movilizan para extender el eje y dirigir la placa precordal posterior y los precursores de la notocorda. La forma en que las células pueden orientarse durante este proceso depende de las protuberancias de las “células seguidoras” para guiar a las células líderes en la dirección adecuada. [32]

La E-cadherina tiene un papel activo en la dinámica celular colectiva, por ejemplo, dirigiendo la migración del mesendodermo hacia el polo animal. [33] Se ha demostrado que la inhibición genética de la E-cadherina da como resultado orientaciones aleatorias de las protrusiones celulares, lo que resulta en una migración celular que es aleatoria y ya no está unificada. [34] La inhibición en los grupos de células líderes y posteriores dio como resultado una pérdida de orientación, que podría rescatarse reexpresando la E-cadherina. La información que la E-cadherina transmitía de célula a célula era información direccional inherente a la tensión del citoesqueleto. Restaurar solo la capacidad de adhesión externa de la E-cadherina no fue suficiente para rescatar la orientación de la protrusión durante los experimentos de inhibición. El dominio intracelular de la E-cadherina es esencial debido a sus características de mecanotransducción; interactúa con la alfa-catenina y la vinculina y, en conjunto, permite la mecanosensación de tensión. [35] [36] [37] El mecanismo exacto por el cual la mecanosensación dirige las protuberancias ricas en actina aún está por dilucidar, sin embargo las investigaciones iniciales sugieren que está involucrada la regulación de la actividad de PI3K . [32]

Transducción de fuerza por E-cadherina

Las uniones adherentes (UA) forman dímeros homotípicos entre células vecinas, donde el complejo proteico intracelular interactúa con el citoesqueleto de actomiosina. La p120-catenina controla la localización de la membrana de la E-cadherina, mientras que la β-catenina y la α-catenina proporcionan el enlace que conecta las UAA al citoesqueleto. Si las UAA experimentan una fuerza de tracción cuando se une la β-catenina, se refuerza la interacción, conocida como interacción de enlace de captura, entre la α-catenina y la F-actina. Esto expone un sitio de unión de actina previamente inaccesible dentro de la α-catenina. [38] La unión de la vinculina a la α-catenina ofrece al complejo proteico otro enlace con la actina además de reclutar proteínas como Mena/VASP. [39]

La coordinación de la red de actomiosina entre células vecinas permite la actividad celular colectiva, como la contractilidad durante la morfogénesis. Esta red está mejor equipada para mantener la integridad del tejido si se encuentra bajo estrés intercelular, pero no debe considerarse un sistema estático. La E-cadherina participa en las respuestas celulares y en los activadores transcripcionales que afectan la migración, el crecimiento y la reorganización. [40] [41]

Mecanismo de acción

La E-cadherina interactúa con su entorno a través de numerosas vías. Un mecanismo en el que está involucrada es la migración de láminas de tejido a través de lamelipodios crípticos. Rac1 y sus efectores actúan en el borde frontal de esta estructura para iniciar la polimerización de actina, lo que permite a la célula generar fuerza en el margen celular y avanzar. [42] A medida que las células líderes extienden sus lamelipodios, las células seguidoras también extienden protuberancias para recopilar información sobre hacia dónde se mueve la lámina de tejido. La migración celular depende de la generación de un estado polarizado, con Rac1 en la parte delantera y la adhesión mediada por Rho en la parte trasera. La liberación de Merlin de los contactos celulares media parcialmente la migración concomitante al actuar como un transductor mecanoquímico. [43] Esta proteína supresora de tumores se reubica desde las uniones corticales entre células hasta el citoplasma durante la migración para coordinar la activación de Rac1. Otras vías pueden modular la actividad de Merlin, como los cinturones de actina circunferenciales, que suprimen la exportación nuclear de Merlin y su interacción con la E-cadherina. [44]

Interacciones

Se ha demostrado que el gen CDH1 interactúa con

Importancia clínica

Inmunohistoquímica para E-cadherina en carcinoma lobulillar invasivo, que muestra pérdida de expresión en células tumorales invasivas (flecha blanca).

La pérdida de la función o expresión de E-cadherina se ha relacionado con la progresión del cáncer y la metástasis . [62] [63] La regulación negativa de E-cadherina disminuye la fuerza de la adhesión celular dentro de un tejido, lo que resulta en un aumento de la motilidad celular. Esto, a su vez, puede permitir que las células cancerosas crucen la membrana basal e invadan los tejidos circundantes. [63] Los patólogos también utilizan E-cadherina para diagnosticar diferentes tipos de cáncer de mama. En comparación con el carcinoma ductal invasivo , la expresión de E-cadherina se reduce notablemente o está ausente en la gran mayoría de los carcinomas lobulillares invasivos cuando se estudian mediante inmunohistoquímica . [64] La expresión temporal-espacial de E-cadherina y N-cadherina está estrechamente regulada durante la fusión de la sutura craneal en el desarrollo craneofacial. [65]

Cáncer

Metástasis

Las transiciones entre los estados epitelial y mesenquimal desempeñan papeles importantes en el desarrollo embrionario y la metástasis del cáncer. El nivel de E-cadherina cambia en la EMT ( transición epitelial-mesenquimal ) y MET ( transición mesenquimal-epitelial ). La E-cadherina actúa como un supresor de invasión y un gen supresor tumoral clásico en el carcinoma mamario lobulillar preinvasivo. [66]

Técnico en emergencias médicas

La E-cadherina es un tipo crucial de adhesión entre células para mantener unidas a las células epiteliales. La E-cadherina puede secuestrar β-catenina en la membrana celular mediante la cola citoplasmática de la E-cadherina. La pérdida de la expresión de la E-cadherina da como resultado la liberación de β-catenina en el citoplasma. Las moléculas de β-catenina liberadas pueden migrar al núcleo y desencadenar la expresión de factores de transcripción que inducen la EMT. Junto con otros mecanismos, como la activación constitutiva de RTK, la pérdida de E-cadherina puede llevar a las células cancerosas al estado mesenquimal y sufrir metástasis. La E-cadherina es un interruptor importante en la EMT. [66]

CONOCÍ

Las células cancerosas en estado mesenquimal migran a nuevos sitios y pueden experimentar MET en ciertos microambientes favorables. Por ejemplo, las células cancerosas pueden reconocer características de células epiteliales diferenciadas en los nuevos sitios y aumentar la expresión de E-cadherina. Esas células cancerosas pueden formar adhesiones célula-célula nuevamente y regresar a un estado epitelial. [66]

Ejemplos

Control genético y epigenético

Se ha descubierto que varias proteínas como SNAI1 , [72] [73] ZEB2 , [74] SNAI2 , [75] [76] TWIST1 [77] y ZEB1 [78] regulan negativamente la expresión de E-cadherina. Cuando se altera la expresión de esos factores de transcripción, los represores transcripcionales de E-cadherina se sobreexpresan en las células tumorales. Otro grupo de genes, como AML1, p300 y HNF3, [79] pueden regular positivamente la expresión de E-cadherina. [80]

Para estudiar la regulación epigenética de la E-cadherina, M Lombaerts et al. realizaron un estudio de expresión de todo el genoma en 27 líneas celulares mamarias humanas. Sus resultados revelaron dos grupos principales que tienen el fenotipo fibroblástico o epitelial, respectivamente. En un examen minucioso, los grupos que muestran fenotipos de fibroblastos solo tienen metilación parcial o completa del promotor CDH1, mientras que los grupos con fenotipos epiteliales tienen líneas celulares de tipo salvaje y líneas celulares con estado CDH1 mutante. Los autores también descubrieron que la EMT puede ocurrir en líneas celulares de cáncer de mama con hipermetilación del promotor CDH1, pero en líneas celulares de cáncer de mama con una inactivación mutacional de CDH1 la EMT no puede ocurrir. Contradice la hipótesis de que la pérdida de E-cadherina es la causa inicial o primaria de la EMT. En conclusión, los resultados sugieren que “la inactivación transcripcional de la E-cadherina es un epifenómeno y parte de un programa completo, con efectos mucho más graves que la pérdida de la expresión de la E-cadherina por sí sola”. [80]

Otros estudios también muestran que la regulación epigenética de la expresión de E-cadherina ocurre durante la metástasis. Los patrones de metilación de la isla CpG 5' de E-cadherina no son estables. Durante la progresión metastásica de muchos casos de tumores epiteliales, se observa una pérdida transitoria de E-cadherina y la pérdida heterogénea de la expresión de E-cadherina resulta de un patrón heterogéneo de metilación de la región promotora de E-cadherina. [81]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos

Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que se encuentra en el dominio público .