Métodos de consulta bibliográfica para genes tumorales
Del 5 de junio al 38 de octubre de 2020, investigadores de Australia publicaron una revisión titulada "ARN en el cáncer" en Nature Reviews Cancer, en la que se analizan los cambios en el procesamiento o la actividad de los ARN codificantes y no codificantes sobre cómo promover la iniciación del tumor. crecimiento y progresión, y enfatiza las funciones establecidas (miARN y lncRNA) y emergentes (procesamiento selectivo de mRNA y circRNA) del ARN en el cáncer y sus mecanismos de acción.
Una vez que la ARN polimerasa II sintetiza el ARNm, primero debe empalmarse y procesarse posteriormente en transcripciones maduras, que luego se exportan desde el núcleo al citoplasma y se convierten en proteínas. Estos pasos de procesamiento interconectados se logran mediante una serie de complejos macromoleculares, como los complejos de empalme y salida transcripcional, TREX y TREX2.
En condiciones fisiológicas, la expresión génica también puede estar regulada por algunos ARN no codificantes, incluidos miARN, lncRNA y circRNA. Generalmente, los miRNA regulan negativamente la expresión génica al acelerar la desacetilación y la degradación de los genes diana, mientras que los lncRNA regulan la expresión de genes cis o trans al servir como andamios para complejos de proteínas reguladoras, localizarse en el ADN genómico o cambiar la estructura del genoma.
Se ha descubierto que muchos miARN están asociados con el cáncer, ya sea como genes supresores de tumores o como oncogenes.
El papel de los miARN: Los niveles de expresión de la mayoría de proteínas en las células humanas están regulados en cierta medida por uno o más miARN. Un solo miARN puede tener múltiples objetivos de ARNm, y un solo ARNm puede ser el objetivo de múltiples miARN. Aunque los miARN pueden trabajar juntos para inhibir la expresión de genes diana con múltiples sitios de unión de miARN en la región no traducida 3' (UTR), solo un tipo de miARN se une al ARNm diana, lo que resulta en una disminución relativamente leve en la expresión del gen diana. Se han detectado más de 1.000 miARN diferentes mediante secuenciación de ARN. Algunos miARN, como el supresor de tumores let-7, se expresan abundantemente en casi todos los tipos de células, mientras que otros son muy específicos de cada tipo de célula, están presentes en niveles muy bajos o no están presentes en algunos tipos de células. Por lo tanto, se debe tener precaución al examinar los posibles efectos de los miARN de baja expresión.
Carcinogénesis de miARN y supresión de tumores:
1. Los miARN que se dirigen a reguladores negativos oncogénicos pueden inhibir la señalización de RAS-MEK-ERK y miR-155 a través de múltiples objetivos cuando están desregulados. respectivamente, se dirige a SHIP1 (también conocido como INPP5D) y PTEN, los cuales son reguladores negativos de la señalización AKT.
2. El miARN reducido con mayor frecuencia en el cáncer es el miARN mutante let-7, que actúa como un importante supresor de tumores al atacar oncogenes potentes, incluidos MYC, KRAS y HMGA2. Por lo tanto, los miARN let-7 se consideran un objetivo terapéutico importante.
3. También se ha informado que una gran cantidad de miARN limitan la metástasis y/o la resistencia a la quimioterapia al limitar o revertir la transición epitelial-mesenquimal (EMT), entre los cuales la familia miR-200 es la más efectiva.
El mecanismo del desequilibrio de los miARN: los genes de los miARN son transcritos por la ARN polimerasa II y, por tanto, están sujetos al mismo tipo de regulación epigenética que los genes codificadores de proteínas. De hecho, muchos genes de miARN se originan a partir de intrones de genes codificadores de proteínas. Existen muchos informes sobre trastornos epigenéticos de los miARN en el cáncer.
Un patrón de regulación negativa de la expresión de miARN en el cáncer es la reducción inducida por la hipoxia de la expresión de Drosha y Dicer en las células cancerosas, así como la fosforilación de AGO2, que reduce aún más Dicer y AGO2 e inhibe el procesamiento de miARN desde precursores hasta miARN maduros. Sin embargo, no todos los miARN están regulados negativamente por la hipoxia. Por ejemplo, la inducción transcripcional de miR-210 puede anular la reducción del procesamiento inducida por la hipoxia e inhibir el inicio del crecimiento tumoral en ratones inmunodeficientes, pero también puede promover la adaptación y supervivencia de las células en el entorno de estrés hipóxico de los tumores. Otro mecanismo para la regulación negativa de los miARN puede deberse a mutaciones genéticas o cambios en el nivel de fosforilación del transportador exportina 5 de pre-miARN (XPO5), lo que reduce así la producción nuclear.
Se ha descubierto que los LncRNA tienen funciones oncogénicas o supresoras de tumores.
El papel del ARN lnc: El ARN lnc se refiere al ARN que tiene más de 200 nucleótidos de longitud y no codifica proteínas. Al igual que los ARNm, se transcriben mediante la ARN polimerasa II, pero a diferencia de los ARNm, muchos ARNc se localizan preferentemente en el núcleo. Tienen diversas funciones, incluidas funciones nucleares, como regular la expresión génica en cis o trans, regular el empalme y la nucleación del dominio claro de las subunidades. 2065 438+00 lnc RNA hot air promueve la metástasis del cáncer de mama al participar en la remodelación de la cromatina. Más tarde se descubrió que muchos lncRNA tenían funciones que influyen en el desarrollo o la progresión del cáncer. Algunos lncRNA pueden tener múltiples funciones aparentemente no relacionadas. Por ejemplo, lincRNA-p21 se identificó originalmente como el supresor de tumores inducido por p53 lncRNA80 y se demostró que media la unión de la ribonucleoproteína K heterogénea (HNRNPK) a su gen vecino CDKN1A (que codifica p21) y aumenta su transcripción.
lncRNA oncogénico y anticancerígeno:
1. Un estudio reciente demostró que la expresión de lncRNA-REG1CP a menudo está regulada positivamente en el cáncer colorrectal. REG1CP promueve el crecimiento de tumores de xenoinjertos de cáncer colorrectal uniendo la helicasa FANJ al promotor del gen adyacente REG3A86.
2. PCAT19 es un lncRNA oncogénico, que activa genes trans y promueve el crecimiento, la invasión y la metástasis del cáncer de próstata.
3. Los lncRNA citoplasmáticos también pueden ser oncogenes. La sobreexpresión de lncRNA linc0255 en neuroblastoma amplificado con MYCN activa específicamente la traducción de E2F1 mediante la interacción con la proteína ribosómica RPL35.
4.Los lncRNA también se pueden utilizar como supresores de tumores. El lncRNA DIRC3 nuclear afecta la estructura de la cromatina local y activa la transcripción de genes adyacentes que codifican el supresor de tumores IGFBP5.
5.Los lncRNA también pueden inhibir tumores regulando señales en el citoplasma. El lncRNA-DRAIC citoplásmico está regulado negativamente en el cáncer de próstata avanzado resistente a la castración y su progresión se inhibe al interferir con el inhibidor de la actividad de la quinasa NF-κB (IKK) y al inhibir la activación del factor nuclear-κB (NF-κB).
6. Algunos lncRNA todavía pueden codificar proteínas pequeñas. De hecho, el lncRNA LINC00908 produce un péptido de 60 aminoácidos que está regulado negativamente en el tejido de cáncer de mama triple negativo en comparación con muestras de tejido normal y se asocia con una supervivencia general deficiente.
Múltiples efectos antagonistas de los lncRNA: uno de los ejemplos más ilustrativos del impacto de los genes lncRNA en el cáncer es considerar el papel de los genes lncRNA en la expresión de oncogenes fuertes, que también pueden reflejar el papel crítico de MYC en respuestas transcripcionales que impulsan señales de proliferación y crecimiento. La transcripción del gen MYC está regulada por la transcripción de varios genes de ARNc adyacentes. Esto también resalta que los loci de lncRNA pueden producir ARN con funciones diferentes o incluso opuestas. Las ilustraciones comparativas de estudios de eliminación de genes de una gran cantidad de lncRNA de MALAT1 en ratones enfatizan aún más la complejidad del impacto del lncRNA en la expresión génica.
Nueva función del circRNA: el CIRC RNA se expresa en casi todas las células y tejidos y puede estar mal regulado en el cáncer.
El circRNA es principalmente el producto de eventos de empalme inverso, en los que un exón se empalma con el exón anterior en lugar del exón posterior, formando así una molécula de circRNA cerrada. Se ha informado que algunos circRNA se encuentran en el núcleo y regulan la transcripción, pero la mayoría de los circRNA se encuentran en el citoplasma. Una sola célula puede expresar miles de ARNcirc. Mediante una secuenciación profunda de ARN de tumores de pacientes y líneas celulares cancerosas, se detectaron más de 200.000 circRNA diferentes. Algunos circRNA se sobreexpresan en el cáncer en comparación con los tejidos normales correspondientes, lo que aumenta su potencial como biomarcadores de enfermedades. Los CircRNA pueden funcionar como oncogenes o supresores de tumores, posiblemente actuando como esponjas para los miRNA. Las pruebas de detección revelaron que algunos circRNA muy abundantes en las células de cáncer de próstata son esenciales para la máxima proliferación celular, aunque se necesita más trabajo para identificar circRNA oncogénicos o supresores de tumores. CircRNA también puede servir como factor nuclear o componente de complejos multiproteicos.
Ciclo celular desordenado: ¿Qué causa los trastornos del ciclo celular del cáncer? Los cambios en el número de copias de genes o la transcripción del precursor del ARN circular sin duda alteran sus niveles en algunos cánceres. Sin embargo, dado que la mayoría de los circRNA son productos empalmados alternativamente de genes que codifican proteínas, es necesario distinguir cuidadosamente los efectos de estos cambios de los cambios en los niveles de proteínas homólogas. Otra forma de alterar los niveles de circRNA es alterando los factores de empalme involucrados en la biosíntesis de circRNA.
Los precursores del ARNm se empalman de diferentes maneras para eliminar intrones y conectar exones, que es la base de la expresión génica. De hecho, el empalme alternativo puede promover la diversidad del transcriptoma y del proteoma generando isoformas de proteínas selectivas. Este proceso lo completa el espliceosoma principal, que realiza la mayoría de las reacciones de empalme del ARN y está asociado con más de 300 proteínas diferentes.
Una vez que los ARNm han sido empalmados y poliadenilados, deben exportarse desde los sitios de transcripción y procesamiento en el núcleo al citoplasma para su traducción. La exportación eficiente de ARNm se logra acoplando procesos anteriores en la vía de expresión génica (es decir, transcripción, empalme y poliadenilación) a la exportación de ARNm. El ARNm se transporta continuamente a través de los canales internos del complejo de poros nucleares, lo que permite que las proteínas y moléculas atraviesen la membrana nuclear. La transcripción, el empalme de ARN y la poliadenilación están ampliamente acoplados a la exportación de ARNm y tienen implicaciones importantes para la tumorigénesis.
Un nuevo papel para el empalme de ARNm: Históricamente, el empalme de ARNm se ha considerado un proceso controlado internamente importante para la expresión de genes multiexones, pero hallazgos recientes muestran una regulación del potencial de la maquinaria de empalme de ARN. ¿Cómo los mecanismos de empalme de ARNm alterados promueven la tumorigénesis? Las mutaciones en SRSF2, SF3B1 y U2AF1 afectan el reconocimiento de los sitios de empalme 3' en diversos grados. Este empalme alterado puede afectar la estabilidad de las transcripciones que codifican proteínas promotoras de la traducción.
Escisión selectiva y poliadenilación: los cambios en los pasos posteriores del procesamiento del ARNm, como la escisión y la poliadenilación del pre-ARNm, también se observan ampliamente en los tumores. Por ejemplo, la región 3'UTR está acortada tanto en líneas celulares tumorales como en muestras tumorales.
El papel emergente de la exportación selectiva de ARNm: la exportación nuclear de ARNm, uno de los pasos terminales de la vía de expresión génica, también está alterada en el cáncer. Aunque la exportación de ARNm se considera la vía universal y predeterminada en la expresión génica, ciertas vías biológicas pueden regularse mediante la exportación selectiva de ARNm, por lo que algunos ARNm tienen prioridad sobre otros. La producción selectiva de ARNm puede regular procesos biológicos críticos para el desarrollo del cáncer, como la proliferación celular y la integridad del genoma. Las células cancerosas pueden aprovechar el potencial regulador de este mecanismo de exportación de ARNm para mantener la proliferación.
En los últimos años, un gran número de estudios han revelado con gran detalle el alcance de los cambios sistémicos en el ARN en el cáncer. Los cambios extensos en los ARN codificantes y no codificantes en el cáncer influyen en muchos aspectos de la tumorigénesis.
Estas diferentes isoformas de ARN y las proteínas que las procesan están implicadas en los mecanismos del cáncer, lo que brinda oportunidades de intervención terapéutica. Por ejemplo, algunos compuestos que se dirigen a la maquinaria de empalme central, como el E7107 que se une al complejo SF3B, afectan el empalme del ARN in vivo, pero mostraron una toxicidad significativa cuando se administran por vía intravenosa en ensayos clínicos de fase I.
Estudios recientes han demostrado que en enfermedades hematológicas avanzadas con mutaciones de empalme, un modulador oral del complejo SF3B H3B-8800 muestra actividad antitumoral preferencial en un modelo de ratón en dosis bien toleradas. Otros estudios, como RBM39, han intentado modular factores de empalme reguladores y alternativos interfiriendo con el empalme utilizando compuestos que median la degradación proteasomal como un medio farmacológico alternativo para modular factores de empalme reguladores y selectivos, con éxito en modelos de leucemia mieloide aguda en ratones. Los cambios generalizados en el ARN del cáncer brindarán muchas oportunidades nuevas de tratamiento. Es importante dilucidar aún más los mecanismos básicos mediante los cuales los cambios en el procesamiento del ARN promueven la iniciación, el crecimiento y la progresión del tumor para garantizar que los tratamientos contra el cáncer se centren en el procesamiento del ARN con un impacto mínimo en las células normales.
Primera cuenta pública: Plataforma Nacional de Big Data del Banco de Genes
Referencia
Goodall, G.J., Wickramasinghe, V.O. ? ¿Cáncer del Rev Nacional? (2020).