¿Qué pruebas se necesitan para estudiar la función de un gen supresor de tumores?
El descubrimiento de los genes supresores de tumores comenzó con experimentos de hibridación celular. Cuando una célula tumoral y una célula normal se fusionan para formar una célula híbrida, a menudo no tiene un fenotipo tumoral, e incluso las células híbridas formadas por dos células tumorales diferentes no tienen apariencia de tumor. Sólo cuando estas células madre normales pierdan parte de sus genes formarán células hijas tumorales. Se especula que puede haber un gen supresor de tumores en las células normales que impide que las células híbridas desarrollen tumores. Cuando este gen se elimina o muta, la función supresora de tumores se pierde, lo que lleva a la formación de tumores. Sin embargo, después de la hibridación y fusión de dos células tumorales diferentes, debido a que faltan diferentes genes supresores de tumores, los genes supresores de tumores incompletos se complementan de forma cruzada en el híbrido, por lo que no se formarán tumores.
Los productos de los genes supresores de tumores inhiben la proliferación celular, promueven la diferenciación celular e inhiben la migración celular, desempeñando así un papel regulador negativo. Generalmente se cree que las mutaciones en los genes supresores de tumores son recesivas.
Actualmente existen más de 10 genes supresores de tumores. Cabe señalar que un gen supresor de tumores descubierto por primera vez en un determinado tumor no significa que sea irrelevante para otros tumores. Por el contrario, a menudo se pueden detectar mutaciones, deleciones, reordenamientos y expresión anormal de los mismos genes supresores de tumores en células tumorales de diversos tejidos, lo que indica que las variaciones en los genes supresores de tumores constituyen ciertas vías oncogénicas.
Los productos de los genes supresores de tumores incluyen principalmente: ① Reguladores de la transcripción, como Rb, p53; ② Regulación negativa de factores de transcripción, como WT ③ Inhibidores de quinasa dependientes de ciclina (CKI), como p15; , p16, p 21; ④ Inhibidores de la vía de señal, como la proteína activadora de ras GTP (NF-1), fosfolipasa (PTEN); ⑥ Factores de reparación del ADN, como BRCA1 y BRCA2. ⑥Componentes de la vía de señalización relacionados con el desarrollo y la proliferación de células madre, como APC y Axin.
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Inactivación de genes supresores de tumores:
(1) Efecto alelo recesivo, inactivando alelos de genes supresores de tumores Desempeña un papel recesivo en las células , es decir, una copia está inactivada, la otra copia todavía existe como tipo salvaje y la célula tiene un fenotipo normal. Los tumores sólo se desarrollan cuando se desactiva otra copia, como el gen Rb. ② Efecto negativo dominante de los genes supresores de tumores: cuando existe y se expresa otra copia de tipo salvaje, la copia mutada del gen supresor de tumores aún puede causar fenotipos malignos y cancerización de células, inactivando la función de la copia de tipo salvaje. Este efecto se denomina efecto negativo dominante o efecto antidominante. Por ejemplo, en los últimos años se ha demostrado que las proteínas p53 y APC mutantes pueden unirse a proteínas de tipo salvaje para inactivarlas y luego transformar las células. (3) Hipótesis de la haploinsuficiencia: los niveles de expresión de ciertos genes anticancerígenos son muy importantes. Si una copia se vuelve inactiva, la otra copia puede no ser suficiente para mantener la función celular normal, lo que provoca tumores. Por ejemplo, eliminar una copia del gen DCC puede reducir significativamente la función de adhesión celular, perdiendo así la inhibición del contacto celular, lo que provoca que los clones celulares se expandan o presenten un fenotipo maligno.
Funciones de algunos genes supresores de tumores
Tumores relacionados con la función de genes supresores de tumores
Regulador de la transcripción de Rb RB, osteosarcoma, cáncer gástrico, pulmón de células pequeñas cáncer, cáncer de mama, cáncer de colon
Regulador transcripcional P53 astrocitoma, glioblastoma, cáncer de colon, cáncer de mama, osteosarcoma, cáncer de pulmón de células pequeñas, cáncer gástrico, cáncer de pulmón fosfoblasto.
WT regula negativamente el factor de transcripción WT, rabdomiosarcoma, cáncer de pulmón, cáncer de vejiga, cáncer de mama y hepatoblastoma.
NF-1 GAP, neurofibroma activador de la GTPasa ras, feocromocitoma, tumor de células de Schwann, neurofibroma.
El gen DCC también se denomina gen del carcinoma colorrectal eliminado. Su secuencia de aminoácidos es muy similar a la molécula de adhesión de células neurales (N-CAM) y otras glicoproteínas de la superficie celular relacionadas. La inactivación de este gen puede provocar cambios importantes en el comportamiento biológico de las células, como la adhesión celular, la inhibición del contacto y el movimiento, haciendo que las células evolucionen en una dirección maligna y propensas a metástasis. La tasa de deleción de genes DCC en el cáncer gástrico es aproximadamente del 40 al 60%.
Inhibidor P21 CDK en cáncer de próstata
P15 CDK4, glioblastoma inhibidor de CDK6
El factor de reparación del ADN BRCA1 y RAD51 actúan en el cáncer de mama y en el cáncer de ovario.
El factor de reparación del ADN BRCA2 y el RAD51 actúan en el cáncer de mama y de páncreas.
Glioblastoma PTEN fosfatasa
Componente de señalización APC WNT pólipos adenomatosos de colon, cáncer colorrectal
El gen APC fue el primero en encontrarse en pacientes con poliposis adenomatosa de colon y lleva su nombre. El gen APC se encuentra en el cromosoma 5q21-22 y es un gen regulador negativo de la vía de señalización Wnt. La proteína APC puede conectarse a la β-catenina y promover la degradación de la β-catenina. Una vez que la β-catenina se acumula en las células, puede ingresar al núcleo y combinarse con el factor de células T TCF para promover la expresión de genes relacionados.
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Mecanismo de acción
Dado que el aislamiento e identificación de los genes supresores de tumores son posteriores a los de los protooncogenes, actualmente sólo p53 y Rb Los genes supresores de tumores desempeñan un papel. El mecanismo se comprende completamente.
(a) Gen del retinoblastoma (gen Rb)
El gen Rb es el gen supresor de tumores más temprano descubierto en niños con retinoblastoma, por lo que se llama gen Rb. En circunstancias normales, las células de la retina contienen genes Rb activos, que controlan el crecimiento y desarrollo de las células de la retina y la diferenciación de las células visuales. Cuando el gen Rb pierde su función o se elimina de forma congénita, las células de la retina proliferarán de forma anormal y el hígado se convertirá en retinoblastoma. La inactivación del gen Rb también se observa en el osteosarcoma. Muchos tumores, como el cáncer de pulmón de células pequeñas y el cáncer de mama, indican que el efecto anticancerígeno del gen Rb es amplio.
El gen Rb es relativamente grande y está situado en el cromosoma 13 (q14) humano. Contiene 27 exones, transcribe ARNm de 4,7 kb y codifica la proteína (P105). Localizadas en el núcleo, existen formas fosforiladas y no fosforiladas. La forma no fosforilada se denomina forma activa y puede promover la diferenciación celular e inhibir la proliferación celular. Los experimentos muestran que al introducir el gen Rb en células de retinoblastoma u osteosarcoma humanos, se inhibe el crecimiento de estas células malignas. Vale la pena señalar que el grado de fosforilación de la proteína Rb está estrechamente relacionado con el ciclo celular. Por ejemplo, los linfocitos en reposo expresan sólo proteína Rb no fosforilada. Cuando los linfocitos entran en la fase S inducida por mitógenos, el nivel de fosforilación de la proteína Rb aumenta, mientras que los monocitos y granulocitos terminalmente diferenciados solo expresan altos niveles de proteína Rb no fosforilada. Incluso cuando es inducida por factores de crecimiento, la proteína Rb no se fosforila y las células no se dividen. Indica que el crecimiento celular se ha detenido, la proteína Rb tiene un nivel bajo de fosforilación y las células tumorales que se están dividiendo y proliferando solo contienen proteína Rb fosforilada. Esto indica que la fosforilación de la proteína Rb juega un papel importante en la regulación del crecimiento y la diferenciación celular. El efecto inhibidor del gen Rb sobre los tumores está relacionado con el factor de transcripción (E-2F). 2F es una proteína activa que activa la transcripción.
En las fases G0 y G1, la proteína Rb hipofosforilada se une a E-2F para formar un complejo que inactiva E-2F. En la fase S, la proteína Rb se fosforila y se disocia de E-2F, el E-2F unido se libera y la célula entra inmediatamente en la fase de proliferación. Después de que el gen Rb se elimina o muta, pierde la capacidad de unirse e inhibir E-2F, por lo que las células proliferan activamente y provocan tumores.
(2) P53
El gen p53 humano está ubicado en l7P13, tiene una longitud total de 16-20 kb, contiene 11 exones, transcribe 2,8 kb de ARNm y codifica la proteína. P53, que es una proteína fosforilada nuclear. El gen P53 es el gen más estrechamente relacionado con los tumores humanos descubiertos hasta ahora. En el pasado se le consideró un oncogén. No fue hasta 1989 que se supo que el p53 mutante funcionaba como oncogén. Posteriormente se confirmó que el p53 de tipo salvaje era un gen supresor de tumores.
La proteína P53 es el producto de expresión del gen P53. Consta de 393 residuos de aminoácidos y existe como tetrámero en el organismo con una vida media de 20 a 30 minutos. Según la secuencia de aminoácidos, la proteína P53 se divide en tres regiones:
(1) La región central está ubicada en el centro de la molécula de proteína P53 y consta de los residuos de aminoácidos 102-290. Está muy conservado en la evolución y tiene funciones muy singulares. Importante, contiene secuencias de aminoácidos específicas que se unen al ADN.
(2) La región ácida consta de los residuos de aminoácidos 1-80 en el extremo N, que es fácilmente hidrolizado por proteasas, y la corta vida media está relacionada con esto. Contiene algunos sitios de fosforilación especiales.
(3) La región básica ubicada en el extremo C consta de los residuos de aminoácidos 319-393. La proteína P53 puede formar tetrámeros a través de este fragmento. El extremo C puede tener actividad transformadora por sí solo y funcionar como un oncogén. Tiene múltiples sitios de fosforilación y es reconocido por una variedad de proteínas quinasas.
En circunstancias normales, el contenido de proteína P53 en las células es muy bajo y difícil de detectar debido a su corta vida media. Sin embargo, puede aumentar más de 5-100 veces en células en crecimiento y proliferación. .
La proteína P53 de tipo salvaje juega un papel importante en el mantenimiento del crecimiento celular normal y en la inhibición de la proliferación maligna, por lo que se la denomina "gen guardián". El gen p53 siempre controla la integridad genética. Una vez dañado el ADN de la célula, la proteína P53 se une a la parte correspondiente del ADN del gen y actúa como un factor de transcripción especial para activar la transcripción del gen P21, provocando que la célula se detenga en la fase G1. Inhibe la actividad de la enzima de fusión; interactúa con el factor de replicación A y participa en la replicación y reparación del ADN. Si la reparación falla, la proteína p53 iniciará el proceso de muerte programada, inducirá el suicidio celular, evitará la generación de células mutantes con tendencia cancerosa y así evitará la transformación maligna de las células.
Cuando P53 muta, el cambio en la conformación espacial afecta la función de activación de la transcripción y el proceso de fosforilación de la proteína P53. No solo pierde la función de la P53 de tipo salvaje para inhibir la proliferación tumoral, sino que también produce la mutación. El gen tiene propiedades oncogénicas. La proteína P53 mutante se combina con la proteína P53 de tipo salvaje. Esta proteína oligomérica no puede unirse al ADN, lo que provoca que la transcripción de algunos genes cancerosos esté fuera de control y provoque tumores.
Cabe mencionar que los llamados “oncogenes” y “genes supresores de tumores” fueron nombrados durante el proceso de investigación del cáncer. De hecho, los protooncogenes y los genes supresores de tumores son componentes genéticos normales de las células y tienen importantes funciones fisiológicas. Además del cáncer, también desempeñan un papel importante en muchas enfermedades.