La transición epitelial-mesenquimatosa ( EMT ) es un proceso por el cual las células epiteliales pierden su polaridad celular y adhesión celular y obtienen propiedades migratorias e invasivas para convertirse en células madre mesenquimales ; Estas son células estromales multipotentes que pueden diferenciarse en una variedad de tipos de células. La EMT es esencial para numerosos procesos de desarrollo, incluida la formación de mesodermo y laformación del tubo neural . También se ha demostrado que la EMT ocurre en la curación de heridas , en la fibrosis de órganos y en el inicio de metástasis en la progresión del cáncer.
Introducción [ editar ]
La transición epitelial-mesenquimatosa fue reconocida por primera vez como una característica de la embriogénesis por Betty Hay en la década de 1980. [1] [2] EMT, y su proceso inverso, MET ( transición mesenquimal-epitelial ) son críticos para el desarrollo de muchos tejidos y órganos en el embrión en desarrollo, y numerosos eventos embrionarios como gastrulación , formación de cresta neural , formación de válvula cardíaca , desarrollo secundario del paladar y miogénesis . [3] Las células epiteliales y mesenquimales difieren en fenotipo y función, aunque ambas comparten plasticidad inherente. [2]Las células epiteliales están estrechamente conectadas entre sí por uniones estrechas , uniones gap y uniones adherentes , tienen una polaridad apico-basal , polarización del citoesqueleto de actina y están unidas por una lámina basal en su superficie basal. Las células mesenquimales, por otro lado, carecen de esta polarización, tienen una morfología en forma de huso e interactúan entre sí solo a través de puntos focales. [4] Las células epiteliales expresan altos niveles de E-cadherina , mientras que las células mesenquimales expresan las de N-cadherina , fibronectina y vimentina.. Por lo tanto, EMT implica cambios morfológicos y fenotípicos profundos en una célula.
Según el contexto biológico, la EMT se ha categorizado en 3 tipos: desarrollo (Tipo I), fibrosis [5] y cicatrización de heridas (Tipo II) y cáncer (Tipo III). [6] [7] [8]
Inductores [ editar ]
La pérdida de E-cadherina se considera un evento fundamental en la EMT. Muchos factores de transcripción (TF) que pueden reprimir E-cadherina directa o indirectamente pueden considerarse EMT-TF (TF inductores de EMT). Snai1 / Snail 1, SNAI2 / Snail 2 (también conocido como Slug), ZEB1 , ZEB2 , TCF3 y klf8 (Kruppel-como factor de 8) puede unirse al promotor de E-cadherina y reprimir su transcripción, mientras que los factores tales como la torcedura , goosecoid , TCF4 (también conocido como E2.2), proteína homeobox SIX1 y FOXC2(proteína de caja de cabeza de horquilla C2) reprime E-cadherina indirectamente. [9] [10] Losfactores SNAIL y ZEB se unen a las secuencias de consenso de E-box en la región promotora, mientras que KLF8 se une al promotor a través de cajas GT. Estos EMT-TF no solo reprimen directamente la E-cadherina, sino que también reprimen transcripcionalmente otras proteínas de unión, incluidas las claudinas y los desmosomas , lo que facilita la EMT. Por otro lado, los factores de transcripción, como el homólogo de la proteína 2 similar a la granulada (GRHL2) y los factores de transcripción relacionados con ETS ELF3 y ELF5, se regulan negativamente durante la EMT y se determina que activan MET cuando se sobreexpresan en las células mesenquimales. [11] [12]Dado que la EMT en la progresión del cáncer recaptura la EMT en los programas de desarrollo, muchos de los EMT-TF están involucrados en la promoción de eventos metastásicos. [13] [14]
Varias vías de señalización ( TGF-β , FGF , EGF , HGF , Wnt / beta-catenina y Notch ) y la hipoxia pueden inducir EMT. [15] [16] En particular, se ha demostrado que Ras- MAPK activa Snail y Slug. [17] [18] [19] Slug desencadena los pasos de disrupción desmosómica , diseminación celular y separación parcial en los bordes célula-célula, que comprenden la primera y necesaria fase del proceso EMT. Por otro lado, Slug no puede desencadenar la segunda fase, [20]que incluye la inducción de la motilidad celular, la represión de la expresión de citoqueratina y la activación de la expresión de vimentina . [21] Se sabe que Snail y Slug regulan la expresión de las isoformas p63 , otro factor de transcripción que se requiere para el desarrollo adecuado de las estructuras epiteliales. [22] La expresión alterada de las isoformas p63 redujo la adhesión célula-célula y aumentó las propiedades migratorias de las células cancerosas. El factor p63 participa en la inhibición de la EMT y la reducción de ciertas isoformas de p63 puede ser importante en el desarrollo de cánceres epiteliales. [23] Algunos de ellos son conocidos por regular la expresión decitoqueratinas . [24] El eje de fosfatidilinositol 3 'quinasa (PI3K) / AKT, la vía de señalización de Hedgehog , el factor nuclear-kappaB y el factor de transcripción activador 2 también han sido implicados en la EMT. [25] [26] [27] [28]
La vía de señalización de Wnt regula la EMT en la gastrulación, la formación de válvulas cardíacas y el cáncer. [29] La activación de la vía Wnt en las células de cáncer de mama induce el regulador EMT SNAIL y regula al alza el marcador mesenquimatoso vimentina . Además, la vía activa de Wnt / beta-catenina se correlaciona con un mal pronóstico en pacientes con cáncer de mama en la clínica. Del mismo modo, TGF-β activa la expresión de SNAIL y ZEB para regular la EMT en el desarrollo del corazón, la palatogénesis y el cáncer. La metástasis ósea del cáncer de mama ha activado la señalización de TGF-β, lo que contribuye a la formación de estas lesiones. [30] Sin embargo, por otro lado, p53 , un conocido supresor tumoral, reprime la EMT activando la expresión de variosmicroARNs : miR-200 y miR-34 que inhiben la producción de proteínas ZEB y SNAIL y, por lo tanto, mantienen el fenotipo epitelial. [31]
En desarrollo y cicatrización de heridas [ editar ]
Después de la etapa inicial de la embriogénesis, la implantación del embrión y el inicio de la formación de placenta se asocian con EMT. Las células trophoectoderm se someten a EMT para facilitar la invasión del endometrio y la colocación adecuada de la placenta, lo que permite el intercambio de nutrientes y gases al embrión. Más adelante en la embriogénesis, durante la gastrulación, la EMT permite que las células ingresen en un área específica del embrión: la vena primitiva en los amniotas y el surco ventral en Drosophila . Las células en este tejido expresan E-cadherina y polaridad apical-basal. [32] Dado que la gastrulación es un proceso muy rápido, la E-cadherina es reprimida transcripcionalmente por Twisty SNAI1 (comúnmente llamado Caracol ), y a nivel de proteína por la proteína interactuante P38. La racha primitiva, a través de la invaginación, genera además mesoendodermo, que se separa para formar un mesodermo y un endodermo, nuevamente a través de EMT. Las células mesenquimales de la línea primitiva participan también en la formación de muchos órganos mesodérmicos epiteliales, como la notocorda y los somitas, a través del reverso de la EMT, es decir , la transición mesenquimal-epitelial . Amphioxus forma un tubo neural epitelial y una notocorda dorsal, pero no tiene el potencial EMT de la línea primitiva.. En los cordados superiores, el mesénquima se origina a partir de la línea primitiva que migra anteriormente para formar los somitas y participa con el mesénquima de la cresta neural en la formación del mesodermo cardíaco.
En los vertebrados, el epitelio y el mesénquima son los fenotipos básicos del tejido. Durante el desarrollo embrionario, las células de la cresta neural migratoria son generadas por EMT que involucra las células epiteliales del neuroectodermo. Como resultado, estas células se disocian de los pliegues neurales, ganan motilidad y se diseminan a varias partes del embrión, donde se diferencian a muchos otros tipos de células. Además, el mesénquima de la cresta craneofacial que forma el tejido conectivo que forma la cabeza y la cara, está formado por el epitelio del tubo neural por EMT. [33] EMT se lleva a cabo durante la construcción de la columna vertebral fuera de la matriz extracelular , que debe ser sintetizada por fibroblastos yosteoblastos que rodean el tubo neural. La fuente principal de estas células son el escénotomo y el mesénquima somita , así como la línea primitiva . La morfología mesenquimatosa permite que las células viajen a objetivos específicos en el embrión, donde diferencian y / o inducen la diferenciación de otras células. [33] [34]
Durante la cicatrización de la herida, los queratinocitos en el borde de la herida se someten a EMT y se someten a una reepitelización o MET cuando la herida está cerrada. La expresión de Snail2 en el frente migratorio influye en este estado, ya que su sobreexpresión acelera la cicatrización de heridas. Del mismo modo, en cada ciclo menstrual, el epitelio de la superficie ovárica se somete a EMT durante la cicatrización de la herida post-ovulatoria. [35]
En progresión del cáncer y metástasis [ editar ]
El inicio de la metástasis requiere invasión, que está habilitada por EMT. [36] [37] Las células de carcinoma en un tumor primario pierden la adhesión de células a células mediada por la represión de E-cadherina y se rompen a través de la membrana basal con mayores propiedades invasivas, y entran al torrente sanguíneo a través de la invasión . Más tarde, cuando estas células tumorales circulantes (CTC) salen del torrente sanguíneo para formar micro metástasis, se someten a MET por crecimiento clonal en estos sitios metastásicos. Por lo tanto, EMT y MET forman el inicio y la finalización de la cascada de invasión-metástasis. [38] En este nuevo sitio metastásico, el tumor puede sufrir otros procesos para optimizar el crecimiento. Por ejemplo, EMT se ha asociado con PD-L1expresión, particularmente en cáncer de pulmón. El aumento de los niveles de PD-L1 suprime el sistema inmunitario, lo que permite que el cáncer se propague más fácilmente. [39]
EMT confiere resistencia a la senescencia prematura inducida por oncogenes . Twist1 y Twist2, así como ZEB1,protegen las células humanas y los fibroblastos embrionarios de ratón de la senescencia. Del mismo modo, TGF-β puede promover la invasión tumoral y la evasión de la vigilancia inmune en etapas avanzadas. Cuando TGF-β actúa sobre las células epiteliales mamarias que expresan Ras activadas, se favorece la EMT y se inhibe la apoptosis. [40] Este efecto puede ser revertido por inductores de diferenciación epitelial, como GATA-3. [41]
Se ha demostrado que la EMT es inducida por la terapia de privación de andrógenos en el cáncer de próstatametastásico . [13] La activación de los programas de EMT mediante la inhibición del eje de andrógenos proporciona un mecanismo por el cual las células tumorales pueden adaptarse para promover la recurrencia y progresión de la enfermedad. Brachyury , Axl , MEK y Aurora quinasa A son impulsores moleculares de estos programas, y los inhibidores se encuentran actualmente en ensayos clínicos para determinar aplicaciones terapéuticas. [13]La PKC-iota oncogénica puede promover la invasión de células de melanoma al activar Vimentina durante la EMT. La inhibición de PKC-iota o la caída causaron un aumento de los niveles de E-cadherina y RhoA al tiempo que disminuyeron la Vimentina total, la Vimentina fosforilada (S39) y Par6 en las células de melanoma metastásico. Estos resultados sugirieron que PKC-ι está involucrado en las vías de señalización que regulan la EMT en el melanoma. [42] [43]
Se ha indicado que EMT está involucrado en la adquisición de resistencia a los medicamentos. Se encontró que la ganancia de marcadores EMT estaba asociada con la resistencia de las líneas celulares epiteliales de carcinoma de ovario al paclitaxel. Del mismo modo, SNAIL también confiere resistencia al paclitaxel, la adriamicina y la radioterapia al inhibir la apoptosis mediada por p53. [44] Además, recientemente se demostró que la inflamación, que se ha asociado con la progresión del cáncer y la fibrosis, está relacionada con el cáncer a través de la EMT inducida por la inflamación. [45] En consecuencia, la EMT permite a las células obtener un fenotipo migratorio, así como inducir inmunosupresión múltiple, resistencia a los medicamentos, evasión de mecanismos de apoptosis.
Alguna evidencia sugiere que las células que se someten a EMT adquieren propiedades similares a las células madre, lo que da lugar a las células madre del cáncer (CSC). Tras la transfección por Ras activado, una subpoblación de células que exhiben los supuestos marcadores de células madre CD44high / CD24low aumenta con la inducción concomitante de EMT. [46] Además, ZEB1 es capaz de conferir propiedades similares a las células madre, fortaleciendo así la relación entre EMT y la potencia. Por lo tanto, la EMT puede presentar un mayor peligro para los pacientes con cáncer, ya que la EMT no solo permite que las células de carcinoma ingresen al torrente sanguíneo, sino que también les otorga propiedades de potencia que aumentan el potencial tumorigénico y proliferativo. [47]
Sin embargo, estudios recientes han desplazado aún más los efectos primarios de la EMT de la invasión y la metástasis, hacia la resistencia a los agentes quimioterapéuticos. La investigación sobre el cáncer de mama y el cáncer de páncreas no demostró ninguna diferencia en el potencial metastásico de las células tras la adquisición de EMT. [48] [49] Estos están de acuerdo con otro estudio que muestra que el factor de transcripción EMT TWIST en realidad requiere uniones adherentes intactas para mediar la invasión local en el cáncer de mama. [50] Los efectos de la EMT y su relación con la invasión y la metástasis pueden, por lo tanto, ser altamente específicos del contexto.
Las plaquetas en el cáncer EMT [ editar ]
Las plaquetas en la sangre tienen la capacidad de iniciar la inducción de EMT en las células cancerosas. Cuando las plaquetas se reclutan en un sitio en el vaso sanguíneo, pueden liberar una variedad de factores de crecimiento ( PDGF , [51] VEGF , [52]Angiopoyetina-1 [53] ) y citocinas, incluido el inductor de EMT TGF-β. [54] La liberación de TGF-β por las plaquetas en los vasos sanguíneos cerca de los tumores primarios aumenta la invasividad y promueve la metástasis de las células cancerosas en el tumor. [55] Los estudios que observaron plaquetas defectuosas y recuentos de plaquetas reducidos en modelos de ratones han demostrado que la función plaquetaria alterada se asocia con una formación metastásica disminuida. [56] [57]En humanos, el recuento de plaquetas y la trombocitosis dentro del extremo superior del rango normal se han asociado con cáncer avanzado, a menudo metastásico, en etapa de cáncer cervical, [58] cáncer de ovario, [59] cáncer gástrico, [60] y cáncer de esófago. [61] Aunque se ha aplicado una gran cantidad de investigación al estudio de las interacciones entre las células tumorales y las plaquetas, aún no se ha establecido una terapia contra el cáncer dirigida a esta interacción. [62] Esto puede deberse en parte a la redundancia de las vías protrombóticas que requerirían el uso de múltiples enfoques terapéuticos para prevenir eventos pro-metastásicos a través de la inducción de EMT en células cancerosas por plaquetas activadas.
Para mejorar las posibilidades de desarrollar una metástasis de cáncer, una célula cancerosa debe evitar ser detectada y dirigida por el sistema inmune una vez que ingresa al torrente sanguíneo. Las plaquetas activadas tienen la capacidad de unirse a glucoproteínas y glucolípidos ( ligandos de selectina P como PSGL-1 ) en la superficie de las células cancerosas para formar una barrera física que protege a las células cancerosas de la lisis mediada por células asesinas naturales en el torrente sanguíneo. [63] Además, las plaquetas activadas promueven la adhesión de las células cancerosas a las células endoteliales activadas que recubren los vasos sanguíneos utilizando moléculas de adhesión presentes en las plaquetas. [64] [62]Los ligandos de P-selectina en la superficie de las células cancerosas quedan por dilucidar y pueden servir como biomarcadores potenciales para la progresión de la enfermedad en el cáncer. [62]
Terapéutica dirigida al cáncer EMT [ editar ]
Muchos estudios han propuesto que la inducción de EMT es el mecanismo principal por el cual las células de cáncer epitelial adquieren fenotipos malignos que promueven la metástasis. [65] El desarrollo de fármacos dirigidos a la activación de EMT en células cancerosas se ha convertido en un objetivo de las compañías farmacéuticas. [66]
Inhibidores de moléculas pequeñas [ editar ]
Se están desarrollando pequeñas moléculas que pueden inhibir la EMT inducida por TGF-β. [67] Silmitasertib(CX-4945) es un inhibidor de molécula pequeña de la proteína quinasa CK2, que se ha respaldado para vincularse con la EMT inducida por TGF-β, y actualmente se encuentra en ensayos clínicos para el clagiocarcinoma (cáncer de las vías biliares), así como en desarrollo preclínico para tumores malignos hematológicos y linfoides. [68] [69] En enero de 2017, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos le otorgó a Silmitasertib el estatus de medicamento huérfano para el colangiocarcinoma y actualmente se encuentra en un estudio de fase II . Silmitasertib está siendo desarrollado por Senhwa Biosciences. [70] Otro inhibidor de molécula pequeña Galunisertib(LY2157299) es un potente inhibidor de la quinasa del receptor de TGF-β tipo I que se demostró que reduce el tamaño, la tasa de crecimiento de los tumores y el potencial de formación de tumores en líneas celulares de cáncer de mama triple negativo utilizando xenoinjertos de ratón . [71] Galunisertib está siendo desarrollado actualmente por Lilly Oncology y está en ensayos clínicos de fase I / II para carcinoma hepatocelular, cáncer de páncreas irresecable y glioma maligno. [72]Se sugiere que los inhibidores de moléculas pequeñas de EMT no actúen como un reemplazo de los agentes quimioterapéuticos tradicionales, pero es probable que muestren la mayor eficacia en el tratamiento del cáncer cuando se usan junto con ellos.
Los imitadores de Antagomirs y microARN han ganado interés como una fuente potencial de terapias para atacar la metástasis inducida por EMT en el cáncer, así como para tratar muchas otras enfermedades. [73] [73] LosAntagomirs se desarrollaron por primera vez para apuntar a miR-122 , un microARN que era abundante y específico para el hígado, y este descubrimiento ha llevado al desarrollo de otros antagomires que pueden emparejarse con microARN específicos presentes en el microambiente tumoral o en las células cancerosas [74] [72]Se encontró que un imitador de microARN para miR-655 suprime la EMT a través de la focalización del factor de transcripción inductor de EMT ZEB1 y el receptor 2 de TGF-β en una línea celular de cáncer pancreático. La sobreexpresión de la mímica miR-655 en la línea celular de cáncer Panc1 regulaba la expresión de E-cadherina y suprimía la migración e invasión de células cancerosas de tipo mesenquimatoso. [75] El uso de imitadores de microARN para suprimir la EMT se ha expandido a otras líneas celulares de cáncer y tiene potencial para el desarrollo clínico de fármacos. [76] Sin embargo, los imitadores de microARN y los antagomires adolecen de una falta de estabilidad in vivo y de un sistema de administración preciso para dirigir estas moléculas a las células o tejidos tumorales para el tratamiento. [77]Las mejoras al antagomir y al microARN imitan la estabilidad a través de modificaciones químicas como los oligonucleótidos de ácido nucleico bloqueado (LNA) o los ácidos nucleicos peptídicos (PNA) pueden evitar la eliminación rápida de estas pequeñas moléculas por las RNasas . [77] [73] La entrega de antimigiros y mímica de microARN en las células al encerrar estas moléculas en nanopartículas de liposomas ha generado interés, sin embargo, las estructuras de los liposomas tienen sus propios inconvenientes que deberán superarse para su uso efectivo como mecanismo de administración de fármacos. [77] Estos inconvenientes de las nanopartículas de liposomas incluyen la captación inespecífica por parte de las células y la inducción de respuestas inmunes. [78]El papel que desempeñan los microARN en el desarrollo del cáncer y la metástasis está bajo mucha investigación científica y aún no se ha demostrado si los imitadores de microARN o los antagomirs pueden servir como tratamientos clínicos estándar para suprimir EMT o microARN oncogénicos en los cánceres. [76]
Generación de células progenitoras endocrinas a partir de islotes pancreáticos [ editar ]
Similar a la generación de células madre cancerosas, se demostró que la EMT genera células progenitoras endocrinas a partir de islotes pancreáticos humanos . [79] Inicialmente, se propuso que las células progenitoras derivadas de islotes humanos (hIPC) fueran mejores precursores ya que la progenie de células β en estas hIPC hereda marcas epigenéticas que definen una región promotora de insulina activa. [80] Sin embargo, más tarde, otro conjunto de experimentos sugirió que las células β marcadas se diferencian en un fenotipo de tipo mesenquimatoso in vitro , pero no proliferan; iniciando así un debate en 2007. [81] [82] [83]
Dado que estos estudios en islotes humanos carecían de análisis de rastreo de linaje, estos hallazgos de células beta marcadas irreversiblemente en ratones se extrapolaron a islotes humanos. Por lo tanto, utilizando un sistema dual de rastreo de linaje genético y lentiviral para marcar las células β, se demostró de manera convincente que las células β de los islotes humanos adultos se someten a EMT y proliferan in vitro . [84] [85]Además, estos hallazgos se confirmaron en células productoras de insulina pancreáticas fetales humanas, y las células mesenquimatosas derivadas de islotes pancreáticos pueden sufrir el reverso de EMT - MET - para generar agregados celulares similares a islotes. [86]Por lo tanto, el concepto de generar progenitores a partir de células productoras de insulina mediante EMT o la generación de células madre cancerosas durante la EMT en el cáncer puede tener potencial para la terapia de reemplazo en la diabetes, y exigir medicamentos dirigidos a la inhibición de la EMT en el cáncer. [86]
EMT parcial o un fenotipo E / M híbrido [ editar ]
No todas las células se someten a una EMT completa, es decir, pierden su adhesión célula-célula y obtienen características de migración solitaria. En cambio, la mayoría de las células se someten a EMT parcial, un estado en el que retienen algunos rasgos epiteliales, como la adhesión de las células o la polaridad apico-basal, y obtienen rasgos migratorios, por lo que las células en este fenotipo epitelial / mesenquimatoso (E / M) híbrido están dotadas con propiedades especiales como la migración celular colectiva. [50] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] Se han propuesto dos modelos matemáticos que intentan explicar la aparición de este fenotipo híbrido E / M, [90] [94]y es muy probable que diferentes líneas celulares adopten diferentes estados híbridos, como lo demuestran los experimentos en líneas celulares MCF10A, HMLE y H1975. [91] [95] Aunque un estado E / M híbrido se ha denominado 'metaestable' o transitorio, los experimentos recientes en células H1975 sugieren que las células pueden mantener este estado de manera estable.
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