Con el transcurso del tiempo se ha hecho cada vez más evidente que el cáncer es una enfermedad de base genética. Uno de los fundamentos de este concepto es que su desarrollo es posible porque hay una proliferación celular incontrolada que termina por destruir al huésped. Esta proliferación continua de las células malignas indica que éstas tienen una propiedad que transmiten a sus hijas y que mantiene el proceso. Por consiguiente, el cáncer es una enfermedad genética en el sentido de que existe una alteración duradera que la célula maligna transmite a sus hijas, alteración que tiene que estar localizada en el sustrato donde reside el programa celular, su DNA. Esta manifestación alentó muchos estudios genéticos destinados a identificar y caracterizar los genes que podrían intervenir en el origen y la progresión del cáncer.
Al mismo tiempo, el análisis epidemiológico sugería que algunos tipos de cáncer se presentaban con un patrón hereditario clásico, mientras que otros parecían estar relacionados con el estilo de vida.
ONCOGENES
Para comprender el problema era necesario abordarlo a nivel molecular e identificar los genes involucrados en el proceso. Un paso muy importante fue el descubrimiento de los oncogenes. La definición del término es un tanto vaga; podría resumirse como un grupo de genes cuya alteración predispone a la célula a la proliferación incontrolada. En su estado normal se los denomina protooncogenes y desempeñan un papel importante en la proliferación y diferenciación celular normales. Por lo tanto, cada célula tiene un repertorio completo de protooncogenes.
A medida que se identificó un número creciente de oncogenes fue haciéndose evidente que su función fisiológica abarca los diferentes pasos de las vías de transducción de señal que, provenientes del exterior de la célula, llegan al núcleo. Algunos de estos genes codifican factores de crecimiento, receptores, moléculas en la cara interna de la membrana que son procesadores de la señal, cinasas citoplasmáticas y factores de transcripción.
La identificación de los oncogenes se realizó inicialmente en el campo de los retrovirus, puesto que fueron identificados como genes que aparecían en los retrovirus de transformación aguda pero que no estaban presentes en los virus parentales que únicamente producen enfermedades después de un largo período de incubación. Una importante excepción la constituye el virus del sarcoma de Rous, que en su forma original contiene el oncogen src. El descubrimiento que inició la era actual se produjo en 1976, cuando Bishop y Varmus observaron que los oncogenes retrovíricos eran simplemente copias modificadas de genes celulares y que su presencia en algunos retrovirus era un accidente de recombinación. Este descubrimiento impulsó el análisis de estos genes celulares en los cánceres humanos.
Otros métodos que resultaron útiles en la identificación de los oncogenes fueron la transfección de DNA en células indicadoras que cambian su fenotipo cuando expresan un oncogén, el estudio de las translocaciones cromosómicas consistentes y la amplificación génica. Es importante destacar que para los protooncogenes la activación de uno de los dos alelos es suficiente para alterar la fisiología celular. Este hecho es el que permite clasificar a los oncogenes como de actuación dominante. El número de oncogenes identificados hasta ahora sobrepasa los 50 y se piensa que podría alcanzar los 100.
MECANISMOS DE ACTIVACIÓN ONCOGÉNICA
Mutación puntual
Éste fue uno de los primeros mecanismos caracterizados molecularmente. Lleva apareado el cambio de una única base, que a su vez cambia un aminoácido. Esto parece ser suficiente para modificar la conformación de la proteína de manera que altera el metabolismo celular y predispone a la célula a la transformación maligna; sólo ocurre cuando la mutación puntual afecta una región crítica de la molécula. El ejemplo clásico lo proporcionan los genes ras, que se encuentran activados por ese mecanismo en el 30 % de los cánceres humanos. La mutación puntual deja a la proteína producto de los genes ras, denominada p21, en un estado de activación permanente al disminuir su actividad GTPasa.
Reordenam iento
El reordenamiento genético es el sustrato molecular de las alteraciones que se observan en los tumores con translocaciones cromosómicas. El ejemplo más importante es la translocación 9:22 encontrada en la leucemia mieloide crónica (LMC). En ese caso, el oncogen abl está truncado y yuxtapuesto a un gen denominado bcr en otro cromosoma. La alteración en la expresión y función de los genes bcr y abl que se produce con este reordenamiento es el más importante de los factores desencadenantes de LMC que se conocen.
Deleción
La deleción de porciones de un gen puede conducir a una expresión o una función aberrante. Esto es lo que ocurre con erb Bl, el gen que codifica para el EGFR. Se ha observado que la deleción de su dominio extracelular puede inducir en el receptor una conformación de activación permanente en ausencia de ligando.
Amplificación
La amplificación génica origina a menudo la sobreexpresión del producto génico, y ésta puede desencadenar una proliferación celular anormal. Ese parece ser el caso del gen N-myc en los neuroblastomas.
De los conceptos expuestos se desprende que los mecanismos de activación oncogénica coinciden con los mecanismos de mutagénesis que se describieron previamente, lo que hace pensar en un origen general común.
ANTIONCOGENES O GENES SUPRESORES DE TUMORES
A pesar del enorme progreso que significó el descubrimiento de los oncogenes para la comprensión del cáncer, existen desde hace tiempo evidencias según las cuales debe estar involucrado otro mecanismo, además de los oncogenes dominantes. Algunas observaciones que apoyan este punto de vista son: a) al analizar el fenotipo de las células resultantes de la fusión entre células normales y tumorales, se observa que habitualmente es normal o menos maligno que el tumor parental las observaciones citogenéticas indican que las alteraciones en la misma posición en cromosomas homólogos son relativamente frecuentes, y la evidencia epidemiológica sugiere que en algunos tumores son necesarios dos sucesos, quizás en el mismo locus.
La definición de genes supresores de tumores (TSG), también denominados oncogenes recesivos o antioncogenes, es tan vaga como la que se dio anteriormente para los oncogenes y podría resumirse así: se trata de aquellos genes que controlan la proliferación celular de una manera inhibitoria. La inactivación de ambos alelos predispone a la célula a la división incontrolada.
El modelo paradigmático de los TSG es el gen del retinoblastoma (Rb), puesto que fue el primero que se propuso y, más tarde, también el primero que se reconoció como tal. Observaciones epidemiológicas mostraron que las curvas de incidencia para el retinoblastoma hereditario eran compatibles con la dependencia de un suceso único, mientras que los retinoblastomas esporádicos se ajustaban a una curva dependiente de dos sucesos. Se postuló, con acierto, que uno de los alelos del gen Rb estaba ya alterado en la forma hereditaria, mientras que en los casos esporádicos era preciso que se alteraran somáticamente ambos alelos para que se produjera la enfermedad. Esto explicaría también el hecho de que en los casos hereditarios aparezcan a menudo tumores múltiples, mientras que en los esporádicos suelen ser únicos. En el primer caso, todas las células retinianas están ya predispuestas a desarrollar el tumor, mientras que en el segundo la probabilidad de que dos sucesos infrecuentes se den en la misma célula es muy baja y no es probable que esto ocurra dos veces en el mismo paciente. Desde el punto de vista clínico, el retinoblastoma hereditario se presenta como una enfermedad transmitida de manera dominante.
Puesto que se ha mencionado que el gen Rb es un TSG u oncogén recesivo, es importante aclarar qué significa recesivo en este contexto. Como se ha señalado, el retinoblastoma puede ser una enfermedad heredada de manera dominante; esto indica que en el nivel orgánico un gen Rb inactivado en la línea germinal trae apareada una alta probabilidad de desarrollar la enfermedad, puesto que ese organismo tiene muchas células predispuestas. Por otro lado, en el nivel celular la transformación maligna es un suceso recesivo, puesto que ambos alelos del gen Rb deben inactivarse para que la célula traspase el umbral hacia la malignidad.
El número de TSG identificados y clonados molecularmente hasta ahora es pequeño, alrededor de diez; no obstante, se espera un incremento sustancial en los próximos años. Los más conocidos son: Rb, p53, APC, DCC, NF1, NF2, Wilmsypló.
MECANISMOS DE INACTIVACIÓN
DE LOS GENES SUPRESORES DE TUMORES
En relación con la inactivación de TSG se han descrito mecanismos de mutagénesis similares a los que se describieron para la activación de los oncogenes. La diferencia principal proviene del hecho de que en este caso es necesario inactivar ambos alelos y este requerimiento a menudo significa que hay una combinación de mecanismos en el proceso.
El hallazgo más común incluye la deleción completa de uno de los alelos y la deleción parcial del otro. Otras combinaciones frecuentes son la deleción con mutación puntual, la mutación puntual seguida de no disyunción y la mutación puntual que se acompaña más tarde de conversión génica o de recombinación mitótica.
MANIPULACIÓN DE LA LÍNEA GERMINAL PARA DEMOSTRAR LA PATOGENIA DEL CÁNCER
La mayoría de las observaciones descritas hasta ahora se basan en la asociación encontrada entre las alteraciones genéticas en un grupo de genes y la aparición del tumor. A pesar de que esta asociación puede ser muy convincente, existe la posibilidad formal de que las alteraciones en los oncogenes sean sólo una manifestación de la inestabilidad tumoral y no su causa. Para abordar este problema, la técnica de elección es la que emplea ratones transgénicos. En esta estrategia experimental, los genes en estudio se inyectan en el pronúcleo masculino de un huevo de ratón fertilizado y varios de estos cigotos se implantan en una hembra seudopreñada. Los ratones que nacen de ella se analizan para determinar la presencia del gen inyectado en su DNA, obteniendo una muestra de la cola. Normalmente, entre el 20 y el 30 % de los animales nacidos son transgénicos. Un número significativo de ellos puede transmitir el gen a su descendencia, estableciendo así una línea transgénica.
Puesto que la única diferencia entre los animales transgénicos y sus compañeros de carnada no transgénicos es la presencia del gen exógeno, las alteraciones fenotípicas específicas de las líneas transgénicas deben ser producidas por el gen inyectado. Al realizar estos experimentos utilizando oncogenes como transgenes, se hizo evidente que la mayoría de los oncogenes previamente identificados por los métodos descritos (homología con los retrovirus, transfección, translocación cromosómica y amplificación) de hecho producen tumores en los animales transgénicos que los incorporan y expresan. En muchos casos, los tumores aparecen en el mismo tejido donde el oncogén se había encontrado activado en neoplasias humanas o animales; en otras ocasiones, los investigadores han manipulado los oncogenes para colocarlos bajo el control de otro promotor, específico de un tejido determinado. En la mayoría de los casos los oncogenes dirigidos de este modo producen neoplasias en los órganos diana designados.
Estos experimentos proporcionan una prueba irrefutable de que los oncogenes pueden causar un desarrollo tumoral, pero al mismo tiempo indican que son necesarios otros sucesos para que aparezca un tumor, puesto que todas las células del tejido diana contienen el oncogén, pero el tumor se desarrolla de una manera clonal y sólo en un número limitado por cada animal.
Se ha empleado un abordaje algo diferente para demostrar in vivo el papel de los TSG en el desarrollo del cáncer. En este caso, lo que se ha observado en los tumores es la inactivación de ambos alelos; por consiguiente, la introducción de una copia adicional del gen, mutado o normal, no reproduciría la situación observada en el tumor. Aquí el objetivo es reproducir la inactivación de las dos copias endógenas del gen presentes en las células. Para lograrlo, la estrategia de elección es el uso de la inactivación génica (knock out) basada en la recombinación homologa. En este abordaje, las construcciones con porciones del gen que se quiere inactivar son transfectadas en líneas celulares embrionarias pluripotenciales (ES) y cultivadas en presencia de sustancias que seleccionarán para su crecimiento a los recombinantes apropiados. Estas células se analizan a nivel molecular para comprobar que tienen uno de los alelos inactivados. Posteriormente se las introduce en blastocistos que son reimplantados en ratonas seudopreñadas para obtener ratones quiméricos, puesto que sólo una parte de su organismo proviene de las células ES que contienen un alelo inactivado del gen en estudio. Cuando estas células han contribuido a la formación de las células germinales, el ratón es capaz de transmitir el TSG inactivado a su progenie. Estos ratones hemicigotos son cruzados entre sí para obtener ratones con inactivación completa (knock out).
Al realizar este experimento con el TSG p53, los ratones knock out, pese a que eran viables, tenían una alta incidencia de tumores, tanto espontáneos como inducidos, lo cual confirmó que p53 desempeña un importante papel en la prevención del desarrollo tumoral. Estos experimentos también indican que si en el ser humano se heredara un alelo defectuoso, podría dar lugar a un síndrome familiar con incremento en la incidencia de cáncer. De hecho, este síndrome existe en la clínica y se conoce desde hace algún tiempo como síndrome de Li-Fraumeni. El análisis molecular del DNA de los tejidos normales de pacientes con este síndrome detectó mutaciones puntuales que, según se sabe, inactivan la función de p53. En los tumores, el alelo normal se había perdido por deleción. Por consiguiente, tanto para los oncogenes como para los TSG, los modelos in vivo en ratones permitieron demostrar que estos genes son fundamentales para el desarrollo del cáncer.
EL CÁNCER ES UN PROCESO MULTIFÁSICO
Los experimentos descritos también sirven de apoyo al concepto de que el cáncer es un proceso multifásico, puesto que el desarrollo tumoral en los ratones transgénicos indica que hace falta por lo menos otro suceso, además de la presencia del transgén, para que el tumor aparezca a partir de una célula individual entre todas las que constituyen el tejido.
También se ha abordado experimentalmente este concepto utilizando ratones transgénicos. El grupo de Leder cruzó transgénicos para H-ras con transgénicos para c-myc y la progenie doble transgénica desarrolló tumores con una frecuencia más alta y con una latencia más corta que cada una de las líneas parentales. Esto indica que algunos oncogenes pueden cooperar con otros y aumentar así su respectivo potencial oncogénico.
Estos resultados concuerdan con la creciente evidencia de que en los cánceres humanos pueden identificarse varias alteraciones genéticas en los tumores avanzados. El caso que se ha estudiado mejor es el del carcinoma colorrectal, en el que los grupos de Vogelstein y Perucho detectaron varias alteraciones independientes, entre ellas activación de K-ras, desmetilación, inactivación de p53, alteraciones en DCC y mutaciones en APC.
El ciclo celular constituye un ejemplo de la red de conexiones que unen los diferentes procesos celulares en un todo funcional. Para completar su división, la célula tiene que atravesar una serie de procesos que están regulados por ciclinas, sus cinasas y los componentes reguladores. Recientemente se ha demostrado que la sobreexpresión de determinadas ciclinas puede conducir a la transformación celular, y además que la inactivación de un gen, que codifica por un regulador negativo de la cinasa cdk4 del ciclo (pió), se encuentra alterada en una proporción significativa de melanomas y tumores de la vejiga urinaria. En el ciclo celular también convergen las acciones entre otros.
La coherencia entre los hallazgos clínicos y las observaciones experimentales confirma la hipótesis de que son necesarios varios sucesos para producir el fenotipo maligno. Considerando este concepto, el cáncer puede definirse operativamente como una enfermedad desencadenada por la acumulación de alteraciones genéticas. Los experimentos descritos hasta ahora sugieren firmemente que estas alteraciones tienen que acumularse en un grupo específico de genes responsable del control de la proliferación celular; éstos son los oncogenes y los TSG. Estas investigaciones permiten extraer una conclusión importante: la patogenia del cáncer es la subversión de los mecanismos celulares de proliferación por la acumulación de alteraciones genéticas en los oncogenes y en los TSG.
ETIOLOGÍA DEL CÁNCER
La investigación de los oncogenes y los TSG no sólo ha contribuido de manera decisiva a la comprensión de los mecanismos que convierten los ciclos ordenados de proliferación y diferenciación en un crecimiento incontrolado, sino que también ha reforzado con su análisis molecular las nociones anticipadas por los estudios epidemiológicos, según las cuales existe una asociación entre ciertos agentes ambientales y el desarrollo del cáncer. Los experimentos descritos predicen que cualquier circunstancia que produzca alteraciones genéticas es, en principio, un agente carcinogénico potencial.
Los factores capaces de originar mutaciones pueden ser exógenos o endógenos. Los procesos endógenos están relacionados con la maquinaria enzimática responsable de la replicación y del mantenimiento de la fidelidad en el DNA celular. Es obvio que si la fidelidad de estas enzimas disminuye, las mutaciones se acumularán. Por el momento es bastante difícil distinguir, en la mayoría de los casos, entre los errores causados por fallos del aparato replicativo o de reparación y los que resultan de la acción de los agentes ambientales. En consecuencia, hasta ahora persiste la incertidumbre con respecto a qué proporción de cánceres será posible prevenir evitando los agentes exógenos nocivos.
Factores endogenos
Con respecto a los factores endógenos es importante destacar que la inactivación de un alelo para un gen supresor de tumor en la línea germinal confiere una gran predisposición para el desarrollo de determinados cánceres. Uno de los ejemplos mencionados antes es el del retinoblastoma, pero lo mismo sucede con el gen p53 en el síndrome de Li-Fraumeni o con el gen APC en la poliposis colónica múltiple. Una de las funciones más importantes de p53, que tiene varias, es la de actuar como guardián de la integridad genómica. Cuando las células sufren algún daño genético, p53 detiene el ciclo celular al final de la fase Gj para que no se replique el genoma hasta que se haya reparado la mutación. En el caso de que las alteraciones sean muy graves, p53 pone en marcha los mecanismos de apoptosis (muerte celular programada) para impedir que se perpetúen defectos en la población celular. Puede advertirse fácilmente el enorme riesgo que corren las células cuyo p53 es inactivo o inexistente de acumular mutaciones en genes importantes para la proliferación y transformarse en cancerosas.
Otro mecanismo, descubierto en 1993 por Perucho y cuyos genes responsables fueron aislados por Kolodner y Vogelstein, es el que se detecta por la inestabilidad de los microsatélites. Por el momento, este tipo de alteración se ha encontrado en pacientes con cáncer de colon hereditario sin poliposis. Desde el punto de vista molecular se distingue de los otros tipos de cáncer de colon por la acumulación masiva de mutaciones en sus células, que no obstante producen tumores con pronóstico bastante favorable. Posteriormente, sobre la base de ese fenotipo, se han aislado algunos de los genes que tienen a su cargo la reparación de las bases incorrectamente apareadas. Un alelo de estos genes se ha encontrado alterado en la línea germinal de algunos pacientes, mientras que ambos estaban inactivados en el tumor; esto sugiere que ese gen es el responsable del fenotipo. Las evidencias bioquímicas y genéticas indicarían que los genes que intervienen en este mecanismo son por lo menos cinco; esto permite predecir que se encontrarán otros tipos de cánceres que respondan a patogenias similares.
Todas estas observaciones hacen que los investigadores en oncología molecular sustenten cada vez más la hipótesis según la cual el componente hereditario en el cáncer tiene un papel más importante de lo que se pensaba a raíz de los estudios realizados en gemelos univitelinos. Esto podría explicarse si se considera que lo que se hereda es la predisposición al cáncer, y aunque ésta sea igual en dos gemelos univitelinos, es imposible que su interacción con el ambiente haya sido idéntica. Por lo tanto, la estrecha interrelation entre los componentes genético y ambiental tiene fundamental importancia para explicar el origen del cáncer.
Factores exógenos
Los agentes exógenos mutagénicos se clasifican en físicos, químicos y biológicos. Los dos primeros grupos pueden, a su vez, subdividirse en naturales y artificiales. Por motivos didácticos, se mencionará un ejemplo común de cada grupo. Un agente físico de origen natural es la radiación cósmica, cuya importancia aumenta con la altura sobre el nivel del mar y que puede llegar a ser significativa para los pilotos profesionales y las tripulaciones de vuelos transoceánicos. Los agentes físicos derivados de las manipulaciones humanas son las bombas nucleares y la radiación yatrógena en algunas aplicaciones médicas. En muchos alimentos, como el chocolate, los champiñones y las patatas, se han encontrado agentes químicos naturales con actividad mutagénica en pequeñas cantidades; afortunadamente, las concentraciones son bajas, pero es importante saber que los mutágenos no sólo están presentes en los productos industriales, sino también en la naturaleza. Se ha pensado que estos agentes evolucionaron en las plantas como pesticidas naturales. El grupo de Ames ha dedicado la mayor parte de su esfuerzo en los últimos tiempos al análisis de estos carcinógenos naturales. El último y más conocido de los grupos de agentes mutagénicos está constituido por las sustancias químicas producto de la actividad humana, de las cuales los PCB, el DDTy los compuestos alquilantes son sólo una pequeña muestra.
