Avances recientes en la investigación y el tratamiento del cáncer de p53
Resumen
TP53, que codifica p53, es uno de los genes supresores de tumores más famosos. La mayoría de los cánceres humanos demuestran la inactivación de la vía p53. La p53 mutante no solo, ya no funciona como supresor de tumores, sino que también puede ejercer efectos promotores de tumores. La función básica de p53 es responder al estrés celular. En este documento revisamos los avances recientes en la investigación de p53 y nos centramos en la apoptosis, la detención del ciclo celular y la senescencia en respuesta al estrés. También revisamos las aplicaciones clínicas de la terapia basada en p53 para el cáncer humano.
1. Introducción
El gen TP53, que codifica p53, es uno de los genes mutados con mayor frecuencia en los cánceres humanos. Se informa que aproximadamente la mitad de todos los cánceres tienen p53 inactivado. La proteína p53 tiene una amplia gama de funciones biológicas, incluida la regulación del ciclo celular, la apoptosis, la senescencia, el metabolismo del ADN, la angiogénesis, la diferenciación celular y la respuesta inmune. Numerosas publicaciones han informado sobre varias funciones de p53, incluidas las funciones transcripcional, postranscripcional y postraduccional.
En este artículo, nos centraremos en cuestiones relacionadas con p53 y la aplicación de terapias contra el cáncer basadas en p53. Según lo revisado por Vousden y Prives, las funciones principales de p53 son la regulación de la detención del crecimiento y la apoptosis.
2. Funciones normales de p53
Numerosos estudios han demostrado que p53 es un factor de transcripción que se dirige a muchos genes y microARN en respuesta al estrés de la bodega. El papel clave de p53 como supresor de tumores es bloquear la progresión del ciclo celular y / o inducir la apoptosis, en respuesta a tensiones celulares como el daño del ADN. La actividad de p53 alterada promueve la acumulación de daño en el ADN en las células, lo que conduce a un fenotipo canceroso. Como factor de transcripción, p53 forma una red reguladora de genes diversa y compleja. Se ha realizado una extensa investigación para aclarar las secuencias diana que reconoce p53, el elemento de respuesta (RE) de p53, como recientemente revisaron Riley et al. p53 tiene una amplia gama de actividades biológicas, por lo que esta revisión se centrará en el papel de p53 como supresor de tumores y sus implicaciones para la terapia del cáncer.
2.1. Cánceres humanos y mutaciones de p53
La frecuencia de la mutación de TP53 varía de ~ 10% (neoplasias hematopoyéticas) a 50-70% (neoplasias de ovario, colorrectal y de cabeza y cuello). La mutación de la línea germinal de TP53 causa el síndrome de Li-Fraumeni, que es un síndrome de cáncer familiar que incluye cáncer de mama, sarcoma de tejidos blandos y varios otros tipos de cáncer. La mayoría de las mutaciones de TP53 en cánceres humanos dan como resultado mutaciones dentro del dominio de unión al ADN, lo que evita que p53 transcriba sus genes diana. Sin embargo, la p53 mutante no solo ha provocado la pérdida de la función normal de la proteína de tipo salvaje, sino que también ha dado lugar a nuevas capacidades para promover el cáncer. El primer informe de esta ganancia de función por p53 mutante fue la observación de que la transfección de p53 mutante en células nulas para p53 mejora la formación de tumores en ratones. Numerosos estudios posteriores han confirmado este hallazgo.
2.2. p53 como supresor de tumores
2.2.1. p53 como sensor de daño en el ADN
La inestabilidad genética es una de las características más destacadas de los tumores malignos. Existen sistemas muy sofisticados para detectar daños en el ADN y reparar el genoma. p53 juega un papel importante en tales sistemas de «cuidador». Cuando p53 responde al daño del ADN, provoca la detención del ciclo celular o la apoptosis.
En 1991 se demostró que la inducción de p53 de tipo salvaje puede inducir la apoptosis en células leucémicas. Los ratones que tienen un mutante de p53 específico carecen de la capacidad de inducir la detención del ciclo celular, pero retienen la capacidad de inducir la apoptosis, lo que les permite suprimir de manera eficiente los tumores inducidos por oncogenes, lo que sugiere que la función proapoptótica de p53 puede desempeñar un papel más papel importante en sus efectos antitumorales que en su inducción de la detención del ciclo celular.
2.2.2. p53 y Apoptosis
Numerosos informes han descrito el mecanismo por el cual p53 induce la apoptosis. Como p53 funciona principalmente como un factor de transcripción, es importante explorar los genes regulados por p53 que contribuyen a la regulación de la apoptosis. Los primeros estudios demostraron que el p53 de tipo salvaje puede unirse a la región promotora del gen bax y regular la transcripción del gen bax. del Bc Familia l-2, que forma heterodímeros con Bcl-2, inhibiendo su actividad. La familia de proteínas Bcl-2 juega un papel importante en la apoptosis y el cáncer. Por ejemplo, Bcl-2 controla la liberación del citocromo c de las mitocondrias, que activa la vía apoptótica activando la caspasa 9. La caspasa 9 activa luego la caspasa 3 del verdugo. Ambas caspasas juegan un papel clave en la vía apoptótica.
Varios cánceres humanos, incluidos el cáncer de colon y estómago, han alterado la expresión de Bcl-2. Sin embargo, todavía se está investigando la importancia del nivel de expresión de Bcl-2 en el pronóstico de los pacientes con cáncer.La contribución de la expresión de bax al pronóstico de los pacientes con cáncer y la respuesta a la terapia tampoco está clara. En el cáncer de mama, un estudio mostró que un bajo nivel de expresión de bax se asocia con un mal pronóstico, mientras que otros informes no han mostrado correlación entre el nivel de expresión de bax y el pronóstico. Por lo tanto, será necesaria más investigación.
CD95 (también llamado Fas y Apo-1) es un «receptor de muerte» que indica su papel principal en la apoptosis. El primer informe de CD95 mostró que un anticuerpo anti-CD95 redujo el crecimiento de tumores de xenoinjerto de células B humanas. Desde entonces, se han publicado numerosos informes sobre la vía de señalización inducida por CD95 en la apoptosis. Los agentes citotóxicos, como los fármacos quimioterapéuticos, pueden inducir la apoptosis en células sensibles a los fármacos. Por lo tanto, es importante aclarar qué vías de señalización contribuyen más a la apoptosis. Elucidar esta información sería útil para el descubrimiento de fármacos.
Varios informes han indicado que la vía CD95 desempeña un papel importante en la apoptosis inducida por agentes citotóxicos, y que este sistema implica la activación de p53 de tipo salvaje. Por lo tanto, el estado de p53 puede influir en la quimiosensibilidad a través de la señalización de CD95. Sin embargo, un informe reciente indicó que CD95 podría promover el crecimiento tumoral. La muerte celular programada es muy complicada dy depende de una variedad de factores.
Existe una subfamilia Bcl-2 que contiene solo el dominio BH3. Se han identificado varias proteínas de solo BH3, y p53 actúa como factor de transcripción para PUMA y NOXA, que pertenecen a esta clase. PUMA también es un mediador clave de la vía apoptótica inducida por p53.
Cuando PUMA se interrumpe en las células de cáncer de colon, se previene la apoptosis inducida por p53. PUMA puede desempeñar un papel fundamental en la determinación del destino celular (muerte celular programada versus detención del ciclo celular) en respuesta a la activación de p53. Un informe sobre ratones knockout para PUMA mostró que el knockout de PUMA recapitula la deficiencia apoptótica observada en ratones knockout para p53. PUMA es un mediador esencial para la apoptosis dependiente e independiente de p53 in vivo. Debido a que evadir la apoptosis es una de las características del cáncer, PUMA también puede desempeñar un papel importante durante la carcinogénesis.
Sin embargo, informes recientes han demostrado que, en ciertas situaciones, la apoptosis puede promover la carcinogénesis. Michalak y col. y Labi et al. mostró que la pérdida de linfomagénesis tímica inducida por radiación gamma ablada por PUMA. Las células madre hematopoyéticas deficientes en PUMA están protegidas de la muerte celular inducida por radiación gamma, lo que reduce la proliferación y replicación compensatorias. Por otro lado, los ratones de tipo salvaje experimentan una muerte celular masiva cuando reciben irradiación gamma, lo que posteriormente conduce a la repoblación de la región por células madre / progenitoras. Estos informes indican que la estructura madre / progenitora de la homeostasis del tejido puede suprimir la formación de tumores. Este fenómeno deberá ser confirmado, pero debe tenerse en cuenta al tratar pacientes con estrategias como quimioterapia y / o radiación.
2.2.3. p53 y detención del ciclo celular
La proteína p53 inhibe la formación de tumores no solo al inducir la apoptosis sino también al provocar la detención del ciclo celular. Dependiendo del tipo de estrés celular, p53 puede inducir la detención de G1 mediante la activación de la transcripción del inhibidor de la quinasa dependiente de ciclina p21. Este proceso es bien conocido y ha sido ampliamente estudiado. p53 también regula la transición G2 / M. Por ejemplo, p53 puede bloquear la entrada de células a la mitosis mediante la inhibición de Cdc2. Cdc2 necesita unirse a la ciclina B1 para funcionar. La represión de la ciclina B1 por p53 también detiene las células en G2. Sin embargo, el ciclo celular transitorio puede no conducir a la erradicación del tumor, porque una célula con potencial oncogénico que no se puede reparar puede reanudar la proliferación.
Por lo tanto, el otro mecanismo, la senescencia celular, puede jugar un papel importante en p53- supresión tumoral mediada. La senescencia celular es la detención permanente del ciclo celular. Hay muchos informes sobre la correlación entre el desarrollo de tumores, p53 y la senescencia. Discutiremos algunos de estos factores desde el punto de vista de la terapia del cáncer. El ras oncogénico expresado en células primarias humanas y de roedores produce senescencia celular. Este proceso se debe a la acumulación de p53 y p16. La inactivación de p53 o p16 previene la senescencia inducida por ras. Este informe implica que la senescencia de la bodega tiene un papel importante en la supresión del desarrollo de tumores. La inactivación de p53, como está presente en la mayoría de los cánceres humanos, permite que las células eviten la senescencia de la bodega, lo que resulta en el desarrollo de tumores a nivel macro.
La p53 también parece evitar que las lesiones premalignas se conviertan en tumores malignos activando programas de senescencia . La senescencia celular inducida por p53 es importante no solo para la prevención del cáncer sino también para el efecto anticanceroso inducido por cualquier p53 de tipo salvaje introducido en tumores establecidos.
Xue et al. construyó un modelo de ratón de cáncer de hígado con p53 endógeno regulado condicionalmente.La reactivación de p53 endógena en tumores deficientes en p53 da como resultado regresiones tumorales completas. Curiosamente, la respuesta primaria a p53 no fue la apoptosis, sino la inducción de un programa de senescencia de bodega. Este programa desencadenó una respuesta inmune innata que eliminó el tumor del huésped.
Hemos revisado dos funciones importantes de p53 como supresor de tumores. Entre las diversas funciones de p53, la apoptosis y la senescencia son los principales mecanismos responsables de su supresión tumoral. Sin embargo, aún queda por dilucidar exactamente cómo determina p53 si ocurre o no la activación del programa de senescencia o el programa de apoptosis. Esta pregunta es especialmente importante para el desarrollo de la terapia contra el cáncer basada en p53, incluidos los enfoques en combinación con la quimioterapia convencional. La mayoría de los agentes quimioterapéuticos convencionales logran la eliminación de las células cancerosas matándolas. Por lo tanto, si p53 induce senescencia en lugar de apoptosis, surgirá un conflicto. De hecho, se ha informado que algunos tipos de cáncer de mama están protegidos de los agentes quimioterapéuticos citotóxicos por p53 endógeno.
Por lo tanto, múltiples factores, como la calidad y cantidad del estrés celular, el tipo de tejido y el microambiente de la bodega, determinar el destino de la celda. Vousden y Prives propusieron un modelo en el que la decisión entre la vida y la muerte puede estar determinada por la extensión del daño o la duración del estrés. En su modelo, un nivel bajo de estrés que puede repararse provoca una respuesta de reparación / supervivencia del ADN, mientras que un nivel alto de estrés que no puede repararse induce una respuesta apoptótica o de senescencia. Esta naturaleza dual de p53, asesino y protector, indica la posibilidad de que p53 también pueda actuar como promotor tumoral. La función antiapoptótica de p53 puede conducir a la supervivencia de las células dañadas, lo que puede aumentar la posibilidad de transformación maligna (Figura 1).
2.3. Aplicaciones de la terapia contra el cáncer basada en p53
Debido a que la mayoría, si no todos, los cánceres humanos albergan una p53 alterada, el concepto de restauración de p53 para la terapia del cáncer es muy atractivo. Un modelo animal mostró la reactivación de p53 de tipo salvaje para dar como resultado una regresión tumoral eficiente, incluida la regresión del linfoma y el carcinoma de hígado.
2.3.1. Reactivación del mutante p53
Existe una clase de moléculas pequeñas que reactivan las funciones de tipo salvaje del mutante p53. PhiKan083 es un derivado de carbazol que se encuentra en el cribado in silico de la estructura cristalina de p53. Al unirse a p53 mutado, PhiKan083 eleva la temperatura de fusión de p53 mutado, lo que da como resultado la reactivación de su función. PRIMA-1 es otra molécula pequeña identificada por cribado celular que restauró la unión de ADN específica de secuencia y la conformación activa de p53. CP-31398 es también una molécula pequeña que puede restaurar el plegamiento de proteínas de p53 mutado a una conformación más natural que permite una función de tipo salvaje.
2.3.2. Estabilización de p53
MDM2 es una ubiquitina ligasa E3 que controla la degradación de p53. Muchos tumores sobreexpresan MDM2, incluso tumores sin mutaciones de p53. Dirigirse a MDM2 para la estabilización de p53 parece ser prometedor, por lo que se han publicado muchos informes sobre cómo dirigirse a MDM2 o MDM2-p53.
Por ejemplo, los nutlins son compuestos cis-imidazolina que actúan como antagonistas de MDM2- Interacción p53. El análisis de la estructura cristalina mostró que nutlin se une en el bolsillo de MDM2 para prevenir la interacción p53-MDM2. Nutlin puede activar la vía p53, lo que induce a las células cancerosas y los tumores de xenoinjerto en ratones a sufrir detención del ciclo celular, apoptosis e inhibición del crecimiento.
MI-219 es otra molécula pequeña que inhibe la interacción MDM2-p53. MI-219 también activa la vía p53 en células con p53 de tipo salvaje. Se observaron apoptosis y detención del ciclo celular en tumores de xenoinjerto que dieron como resultado la regresión del tumor.
Sin embargo, la inhibición de MDM2 y la activación de p53 en tejido normal pueden ser perjudiciales. Ringshausen y col. mostró que p53 se activa espontáneamente en muchos tejidos en ratones deficientes en MDM2.Además, p53 desencadenó patologías fatales que incluyeron la ablación de tejidos clásicamente radiosensibles.
2.3.3. Otras clases de fármacos para la estabilización de p53
Se descubrió que Tenovin activaba p53 mediante un análisis de fármacos basado en células. Tenovin actúa como inhibidor de las actividades de desacetilación de proteínas de SirT1 y SirT2. Se ha demostrado que la administración intraperitoneal de tenovin-6 induce una regresión de los tumores de xenoinjerto en un modo de ratón.
Issaeva et al. examinó una biblioteca química y encontró la molécula pequeña RITA (reactivación de p53 e inducción de apoptosis de células tumorales), que se une a p53 e inhibe la interacción p53-MDM2 tanto in vitro como in vivo. RITA indujo apoptosis en varias células cancerosas que retuvieron p53 de tipo salvaje. También encontraron que el p53 liberado de MDM2 por RITA promueve p21 y hnRNP K (un cofactor de p53), lo que implica que p21 juega un papel importante en la regulación del destino de las células cancerosas después de la reactivación de p53 (Figura 2).
2.4. Inhibición de p53 para la terapia contra el cáncer
La inhibición de p53 puede proteger las células normales durante la quimioterapia genotóxica o la radioterapia. Los efectos secundarios de la terapia genotóxica para el cáncer son causados en gran parte por la apoptosis mediada por p53. La molécula pequeña pifitrina-alfa puede bloquear la actividad transcripcional dependiente de p53 y proteger a los ratones de los efectos secundarios letales asociados con el tratamiento contra el cáncer. Si podemos evitar el estrés genotóxico limitante de la dosis en las células normales durante la quimioterapia o radioterapia para el cáncer, permitirá que se utilice una dosis más alta en pacientes que no responden suficientemente a la quimioterapia convencional.
2.5. Terapia génica p53
La primera terapia génica basada en p53 se informó en 1996. Se inyectó un vector retroviral que contenía el gen p53 de tipo salvaje bajo el control de un promotor de actina directamente en tumores de pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas . Después del desarrollo de un virus p53 recombinante de replicación defectuosa (Ad5CMV-p53), se han realizado muchos ensayos clínicos, incluido uno en pacientes con cáncer de esófago. Algunos ensayos llegaron a la fase III, pero aún no se ha otorgado la aprobación final de la FDA. Recientemente, se ha desarrollado en China una terapia génica basada en p53.
2.6. Inmunoterapia basada en p53
Los linfocitos T citotóxicos específicos de antígeno asociado al tumor pueden mediar la respuesta inmune del huésped contra el cáncer in vivo. La proteína P53, especialmente dirigida a la mutación sin sentido de p53, puede ser candidata a antígeno tumoral. Algunos pacientes con cáncer tienen anticuerpos contra p53, la frecuencia y la importancia clínica aún están en debate.
Speetjens et al. informaron ensayos clínicos de una vacuna de péptido largo sintético específico de p53 (p53-SLP) para pacientes con cáncer colorrectal metastásico. Diez pacientes fueron vacunados con p53-SLP en un ensayo de fase I y fase II. La toxicidad fue tolerable y se detectó una respuesta inmune específica de p53 en 9 de 10 pacientes. La reactividad de células T específicas de P53 persistió durante más de 6 meses en 6 de 9 pacientes. Aunque el ensayo fue de Fase I / II, el beneficio clínico puede ser difícil de obtener porque la mayoría de los pacientes tenían células T auxiliares que carecían de citocinas clave. Se ha informado de un ensayo preclínico de fase I / II de INGN-225 (Introgen), una vacuna de células dendríticas inducida por adenovirus modificado con p53 para pacientes con cáncer de pulmón de células pequeñas (CPCP). INGN-225 fue bien tolerado e indujo una respuesta inmune específica de p53 en 18/43 (41,8%) pacientes y sensibilizó al CPCP a la quimioterapia posterior.
3. Conclusión
En este artículo, nos centramos en las funciones de p53 y las aplicaciones clínicas dirigidas a p53 para la terapia del cáncer. Sin embargo, a pesar de los avances recientes en la investigación sobre la función citoplásmica de p53, parece que quedan por dilucidar varios roles además de su función como factor nuclear. Se ha informado que p53 induce apoptosis independientemente de su transcripción de genes ya en 1994. Sorprendentemente, la p53 activada puede inducir la apoptosis en el citoplasma mediante un mecanismo dependiente de bax.
Estos informes indican que la p53 citoplasmática puede activar un programa apoptótico independiente de la transcripción. Por tanto, debería desarrollarse la próxima generación de enfoques terapéuticos contra el cáncer basados en p53 para aprovechar esta función citosólica. Esto puede ser más seguro que regular la modulación de la transcripción de p53 de tipo salvaje, que puede inducir efectos tanto prosupervivencia como proapoptóticos en las células tumorales, como se discutió anteriormente.
Informes recientes han demostrado que p53 regula el proceso de autodestrucción. renovación de células madre neurales y células madre hematopoyéticas. El modelo del tallo del cáncer insiste en que los tumores son mantenidos por una pequeña población de células troncales del cáncer que pueden dividirse simétricamente y asimétricamente. La pérdida de p53 promueve la leucemia mieloide aguda por autorrenovación aberrante.
Se ha informado que las células madre mamarias con la mutación dirigida de p53 muestran las mismas propiedades que las células madre cancerosas. La reactivación de p53 restauró la división celular asimétrica de las células madre cancerosas e indujo la inhibición del crecimiento tumoral. Como resultado, una mayor investigación del vínculo entre la función de p53 y las células madre del cáncer puede ser uno de los campos de investigación más importantes para descubrir nuevos paradigmas en la terapia del cáncer.