Inflamación y cáncer

Introducción
Douglas Hanahan y colaboradores han remarcado los procesos inflamatorios como un hallmark emergente, los hallmarks del cáncer se pueden definir como las capacidades funcionales adquiridas que permiten la supervivencia de las células cancerígenas, su proliferación y diseminación. Estas funciones son adquiridas en distintas etapas temporales a través de varios mecanismos durante el proceso de la tumorigénesis.
Se han publicado ya varios experimentos en los que se ha concluido que diversas citokinas, factores de crecimiento y hormonas influyen en la aparición de la inflamación asociada a tumores. Durante este seminario vamos a explicar por qué puede ocurrir esto y darnos cuenta de que es un proceso que podría tratarse de una retroalimentación positiva.

SOCS: supresor de la señalización de citokinas
Para hablar de la función supresora de SOCS, primero se hablará de la función protumoral de la vía JAK-STAT.
El receptor de citokinas se activa mediante su dimerización al unirse su correspondiente ligando, la proteína Janus kinasa que está constitutivamente asociada al receptor en su dominio citosólico y se activa. JAK una vez activo, JAK realiza una fosforilación cruzada en residuos Tyr del dominio citoplasmático del receptor que actuarán como sitios de acoplamiento de factores que actúan downstream como pueden ser los miembros de la señal de transducción y activadores de la transcripción o STAT. STAT entocnes dimeriza y se transloca al núcleo donde se unen a los elementos tipo GAS, IFN-γ –activados que conllevan a la transcripción de varios genes que codifican finalmente para la regulación de la apoptosis, angiogénesis, pluripotencia, proliferación e invasión.

1) SOCS inhibe esta ruta mediante su unión a los receptores asociados a JAK
2) Bloqueando el reclutamiento de STAT enmascarando el sitio de unión STAT del receptor
3) Marcando diversas proteínas de la ruta para su degradación en el proteasoma
4) Eligiendo a JAK como diana para el marcaje y su degradación

Estructura
Se trata de una familia a la que se han identificado 8 miembros, con alrededor de 211 aminoácidos, el extremo N-terminal es variable.
SOCS1 se une a JAK2, mientras que SOCS3 aparentemente se une a receptores relacionados con la glicoproteína 130, IL-12 y leptina.
El dominio KIR presente en SOCS1 y 3 se ha asociado con la supresión de la actividad Tyr-k de JAK.
Aparentemente, el reclutamiento del complejo ubiquitina se realiza por su capacidad de unión a diversas proteínas fosforiladas en los residuos Tyr como MAL (Receptores de tipo toll) o IRS1/2 (implicado en la señalización de insulina).

Función
Primero se debería hablar de la evidencia de la activación de citokinas proinfamatorias por la activación de los receptores tipo toll. SOCS3 inhibe la transcripción de dichas citokinas mediante la inhibición de esta ruta. Por otra parte, el receptor de la IL-6 activará finalmente a STAT1 y 3 que a su vez funcionarán como factores de transcripción para inducir la producción de más citokinas proinflamatorias. Como se ha menciado antes, SOCS3 va a inhibir estas cascadas mediante el impedimento de la activación de STAT.
Por otro lado, SOCS1 y 3 inhiben la señalización de los receptores tipo toll a través de MAL (gen de la diferenciación mieloide de la respuesta primaria), el factor asociado al receptor TNF 3 y 6, y la diana que está downstream NFκB.
Como se muestra en la imagen, en el receptor de tipo toll 4 SOCS3 impedirá la ruta por la que se ha activado a JAK2 y que activaría a STAT5 para aumentar los niveles de IL-6. Del mismo modo, interrumpe la ruta de señalización vía MAL y MyD88 impidiendo la fosforilación de MAL y la activación de otras proteínas downstream como ASK1, paralelamente, SOCS3 inhibiría la activación de la ruta siguiente a la activación de TRAF6 impidiendo la activación de la transcripción de otras citokinas proinflamatorias.
SOCS1 también inhibirá la ruta desencadenada por los receptores de IFN tipo A que activarían a STAT1 y que inducirían la transcripción de otros genes para el desarrollo tumoral.

SOCS en tumores
Por las razones anteriormente mencionadas y por las siguientes, se pueden considerar a SOCS como genes supresores.
– Se ha analizado el nivel de expresión de SOCS1 en varios tipos de tumores y se observó una disminución de su nivel, y su asociación con el grado del daño tisular e inflamación. Del mismo modo, ante una disminución de SOCS1, se observó un aumento en la presencia de STAT1.
– La bajada en la expresión de SOCS3 se asoció a un aumento de STAT3 y una mayor activación de genes promotores de tumores y daño tisular.
– Paralelamente, el equipo de Inagaki-Ohara observó un aumento en los niveles de SOCS1 en los estadios iniciales del tumor, posteriormente se comprobó que se trataban de tumores IFN-resistentes y experimentos con RNAs de interferencia contra SOCS1 mostraron un aumento a la respuesta a IFN. Por tanto, los niveles más altos de SOCS1 podrían deberse a una serie de respuestas producidas por un ambiente inflamatorio.
– SOCS3 se vio aumentado en tumores relacionados con el virus de la hepatitis C, sugiriendo que SOCS3 contribuye en la respuesta defectuosa frente IFN-γ.
Se puede observar cómo han cobrado especial importancia los estudios sobre SOCS1 y 3, suponemos que se debe a que estos genes poseen el dominio KIR que les permite interferir con la actividad Tyr-kinasa.

Las células inflamatorias promotoras tumorales incluyen distintos tipos de macrófagos, neutrófilos, linfocitos B y T, etc. Dichas células pueden liberar moléculas de señalización que son posibles efectores de rutas pro-tumorales.
Cabe recordar que la inflamación puede acarrear al reclutamiento de las células del sistema inmune y alterar el nicho circundante, estas células pueden liberar enzimas de degradación de la matriz extracelular, favoreciendo la capacidad invasiva de las células transformadas.

Hay dos vías propuestas en el proceso de inflamación: la vía extrínseca y la intrínseca.
– La vía extrínseca (es la inflamación la que induce el tumor) propone que un ambiente inflamatorio per se provoca un incremento en el riesgo a desarrollar cáncer. La presencia de citokinas y otras hormonas en el tejido tumoral puede activar los receptores que inicien la vía de las JAK-STAT, éstos a su vez darán lugar a la transcripción de otros factores pro-oncogénicos, entre ellos, más citokinas proinflamatorias dando lugar a un feedback positivo.
– La vía intrínseca propone que mutaciones iniciales como un aumento en la expresión de los receptores JAK o la presencia de receptores constitutivamente activos, hará que la vía JAK-STAT esté constantemente actuando y provocando la producción de citokinas proinflamatorias y por tanto, se podría decir que es el tumor el que induce la inflamación.
En esta diapositiva se muestra cómo los macrófagos asociados a tumores liberan TNFα e interleukinas, que actuarán sobre las células tumorales activando la vía de las STAT, que a su vez inducirá la expresión y liberación de más interleukinas y un aumento de las metaloproteasas de matriz, favoreciendo la invasión. Esta es una forma simple de mostrar la relación tumor-ambiente inflamatorio. (El tumor, produce inflamación que a su vez produce una mayor capacidad oncogénica)

A continuación voy a hablar sobre la inflamación asociada al cáncer, quiero comentar que una inflamación inmune innata puede ser producida por ejemplo por la respuesta a un patógeno, como es el Helicobacter pylori, o debido a enfermedades inflamatorias crónicas como el colon irritable, o la enfermedad de Crohn. Todo esto suele llevar consigo una activación de las vías de STAT 5 y NFkB que al translocarse al núcleo, se unen a promotores tumorales que se transcriben y pueden dar lugar a la angiogénesis, metaloproteasas de matriz, etc…
Como he comentado antes, los estudios sobre la relación entre inflamación y cáncer son tan relevantes que se considera un hallmark más.
La célula inflamada a consecuencia de un daño tisular, infecciones o por enfermedades autoinmunes puede producir una liberación de especies reactivas de oxígeno u óxido nítrico que altere las células circundantes, bien bloqueando a SOCS1 y por ello aumentando los niveles de STAT1 o actuando directamente sobre células ya dañadas que pueden transformarse a tumorales ante la presencia de otros factores como las interleukinas liberadas por las células del sistema inmune. Esta célula tumoral ha adquirido una deficiencia en SOCS3 y por tanto, un aumento en los niveles de STAT3 y promoviendo la proliferación y la remodelación tisular que en conjunto con metaloproteasas y otros factores, se favorecerá la invasión. Esto es un feedback positivo ya que esta célula tumoral a su vez induce mayor producción de IL6 que a su vez inducirá la vía de las JAK-STAT3.

Bueno y ahora, en cuanto a la inflamación, ¿Qué pasa con SOCS y las APCs en el sistema inmune?
Se ha visto que las células dendríticas en ensayos knock out de SOCS1 conllevan a una mayor inmunidad antitumoral, lo que significa que estas células en general responden mejor atacando células tumorales cuando SOCS1 no está presente, ya que en este caso la vía de las JAK-STAT1 dará lugar a respuestas pro-inflamatorias y sobre todo porque SOCS1 y SOCS3, como vemos en la imagen de la derecha darán lugar o bien a la expresión del fenotipo del macrófago tipo 1 o al del tipo 2.
Los M1 eliminan patógenos pero a su vez causan un daño tisular al eliminarlos, mientras que los M2 se encargan más de la reparación del daño producido.
– En experimentos en ratones knock out de SOCS3 aparecía el fenotipo M2, y daba lugar a la resistencia al tumor, estos macrófagos atacaban mejor a las células tumorales y daban una inmunidad adaptativa (disminuían los niveles de moléculas proinflamatorias y aumentaban los niveles de factores antitumorales como MCP2, pero a su vez aumentaba el nivel de citotoxicidad).
– Por otro lado, los ratones KO de SOCS1 se desviaban al fenotipo M1 (Angiogénesis)

De esto se puede concluir que hay resultados contradictorios, en los experimentos con macrófagos, pero se puede deducir que todo depende de un balance entre inmunidad antitumoral y la activación de moléculas pro-tumorales.
En la siguiente diapositiva voy a explicar por qué se llega a la conclusión de que es mejor inhibir la expresión de SOCS en las células dendríticas.

NIVEL TERAPÉUTICO
En el caso de que haya una menor producción de SOCS en las células tumorales, queremos promover una mayor producción de este gen supresor, las células cancerígenas con un bajo nivel de SOCS pueden ser deberse a mutaciones en SNPs, por hipermetilacion del promotor en las islas CpG, o por deleciones. Esto quiere decir que en una persona con algún tipo de cáncer o propensa a desarrollarlo, puede someterse a análisis empleando estas características como biomarcadores, o en el caso de que el tumor se encuentre desarrollado, ver a qué nivel molecular se puede explicar y atacar.
Si hay un bajo nivel de SOCS habrá un aumento en las vías de las JAK-STAT 1 o 3 que dará lugar a la supervivencia, a la progresión del ciclo celular o a la invasión. STAT 3 influye directamente sobre sobre Bcl-2, Bcl-xl, c-myc y c-fos que sirven para la supervivencia celular. También influyen sobre VEGF, y TGF-β que influyen en el proceso de la angiogénesis, las MMPs en la invasión y finalmente, la inhibición de p53 y p21 harán que la célula evada la apoptosis.
Por último, comentar que la leptina es otro ligando de las JAK, y se ha visto en experimento que posee capacidad para inducir la pluripotencia debido al aumento en los niveles de Oct4 y Sox2.
Cada vez hay más publicaciones relacionadas con metilaciones en los genes SOCS en cáncer colorrectal o su relación con el proceso de metástasis. Abajo vemos cómo la hipermetilación de SOCS1 se ha observado en pacientes jóvenes con cáncer colorrectal.

CONCLUSIONES
1) SOCS1 y SOCS3 se relacionan con la proliferación celular, al inhibirla.
2) El silenciamiento de SOCS promueve la carcinogénesis: la terapia se dirigiría hacia la inducción de la expresión de SOCS para estos pacientes
3) Por otra parte, en células dendríticas, SOCS1 inhibe la capacidad antitumoral y por lo tanto, se plantea el silenciar estos genes con RNAs de interferencia
4) Finalmente, el uso de biomarcadores puede permitir la capacidad de tratamientos personalizados.
a. En el caso que haya alguna mutación en SOCS, inducimos una mayor expresión.
b. Por lo contrario, si hay una elevada cantidad de SOCS en las células dendríticas, introducir RNAs de interferencia como se ha podido comprobar con ratones KO.

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