Información

8.5: Tirosina quinasas receptoras (RTK) - Biología

8.5: Tirosina quinasas receptoras (RTK) - Biología


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Las tirosina quinasas receptoras median las respuestas a una gran cantidad de señales, incluidas hormonas peptídicas como la insulina y factores de crecimiento como el factor de crecimiento epidérmico. Al igual que los GPCR, las tirosina quinasas receptoras se unen a una señal y luego transmiten el mensaje a través de una serie de moléculas intracelulares, la última de las cuales actúa sobre las proteínas diana para cambiar el estado de la célula.

Como sugiere el nombre, un receptor de tirosina quinasa es un receptor de superficie celular que también tiene actividad de tirosina quinasa. El dominio de unión a la señal del receptor tirosina quinasa se encuentra en la superficie celular, mientras que la actividad enzimática de la tirosina quinasa reside en la parte citoplásmica de la proteína (ver figura anterior). Una hélice alfa transmembrana conecta estas dos regiones del receptor.

¿Qué sucede cuando las moléculas de señal se unen a las tirosina quinasas receptoras?

La unión de moléculas señal a los dominios extracelulares de las moléculas receptoras de tirosina quinasa hace que dos moléculas receptoras se dimericen (se unan y se asocien). Esto acerca las colas citoplasmáticas de los receptores entre sí y hace que se active la actividad tirosina quinasa de estas colas. Las colas activadas se fosforilan entre sí en varios residuos de tirosina. A esto se le llama autofosforilación.

La fosforilación de tirosinas en las colas de los receptores desencadena el ensamblaje de un complejo de señalización intracelular en las colas. Las tirosinas recién fosforiladas sirven como sitios de unión para las proteínas de señalización que luego transmiten el mensaje a otras proteínas. Una proteína importante que es posteriormente activada por los complejos de señalización en los receptores tirosina quinasas se llama Ras.

La proteína Ras es una proteína de unión a nucleótidos de guanina monomérica que está asociada con la cara citosólica de la membrana plasmática (de hecho, se parece mucho a la subunidad alfa de las proteínas G triméricas). Al igual que la subunidad alfa de una proteína G, Ras está activo cuando GTP está unido a ella e inactivo cuando el GDP está unido a ella. Además, al igual que la subunidad alfa, Ras puede hidrolizar el GTP a GDP.

Cuando llega una señal al receptor tirosina quinasa, los monómeros del receptor se unen y fosforilan las tirosinas de los demás, lo que desencadena el ensamblaje de un complejo de proteínas en la cola citoplasmática del receptor. Una de las proteínas de este complejo interactúa con Ras y estimula el intercambio del GDP unido al Ras inactivo por un GTP. Esto activa el Ras.


El Ras activado desencadena una cascada de fosforilación de tres proteína quinasas, que transmiten y distribuyen la señal. Estas proteína quinasas son miembros de un grupo llamado MAP quinasas (proteína quinasas activadas por mitógenos). La quinasa final en esta cascada fosforila varias proteínas diana, incluidas las enzimas y los activadores de la transcripción que regulan la expresión génica.

La fosforilación de varias enzimas puede alterar sus actividades y desencadenar nuevas reacciones químicas en la célula, mientras que la fosforilación de activadores transcripcionales puede cambiar qué genes se expresan. El efecto combinado de los cambios en la expresión génica y la actividad de las proteínas alteran el estado fisiológico de la célula.

Una vez más, al seguir el camino de la transducción de señales mediada por RTK, es posible discernir el mismo patrón básico de eventos: una señal está unida por los dominios extracelulares de las tirosina quinasas receptoras, lo que da como resultado la dimerización del receptor y la autofosforilación de las colas citosólicas, transmitiendo así el mensaje al interior de la celda.

El mensaje se transmite a través de un complejo de señalización a Ras, que luego estimula una serie de quinasas. La quinasa terminal en la cascada actúa sobre las proteínas diana y provoca cambios en las actividades de las proteínas y la expresión génica.

Las descripciones anteriores proporcionan un esquema muy simple de algunas de las principales clases de receptores y se ocupan principalmente de los detalles mecánicos de los pasos mediante los cuales las señales recibidas por varios tipos de receptores provocan cambios en las células. Una lección importante para llevar a casa es la similitud esencial de los diferentes caminos.

Otro punto a tener en cuenta es que, si bien hemos analizado cada vía individual de forma aislada, una célula, en un momento dado, recibe múltiples señales que desencadenan una variedad de respuestas diferentes a la vez. Las vías descritas anteriormente muestran un grado considerable de "intercomunicación" y la respuesta a cualquier señal dada se ve afectada por las otras señales que la célula recibe simultáneamente. La multitud de receptores, señales y combinaciones de los mismos son los medios por los cuales las células pueden responder a una enorme variedad de circunstancias diferentes.


Receptor ligado a enzimas

Los receptores ligados a enzimas tienen solo un dominio transmembrana por subunidad de proteína, con un sitio catalítico enzimático en el lado citoplásmico del receptor (ver figura 1-1, C ). Para muchos de estos receptores, la dimerización activa el receptor para proporcionar el cambio conformacional requerido para la expresión de la actividad enzimática. Los sitios citoplasmáticos más importantes tienen una de las siguientes funciones: (1) actividad tirosina quinasa, (2) actividad tirosina fosfatasa, (3) actividad serina o treonina quinasa, o (4) actividad guanilil ciclasa. Para los tipos 1 y 3, la autofosforilación del receptor también ocurre en los sitios de tirosina y en los sitios de serina / treonina, respectivamente. La figura 1-2 muestra cómo algunos de estos receptores se dimerizan después de que se une un agonista de un fármaco.

Muchas formas de cáncer parecen implicar variantes mutantes de receptores ligados a enzimas en los que el sitio catalítico o la proteína quinasa no receptora asociada se activa continuamente. Aproximadamente la mitad de todos los oncogenes descubiertos hasta la fecha codifican proteínas quinasas activadas continuamente.


Abstracto

Durante la progresión del crecimiento del tumor a la metástasis, las señales de integrina específicas permiten que las células cancerosas se desprendan de las células vecinas, reorienten su polaridad durante la migración y sobrevivan y proliferen en microambientes extraños. Existe una creciente evidencia de que ciertas integrinas se asocian con receptores de tirosina quinasas (RTK) para activar las vías de señalización que son necesarias para la invasión tumoral y la metástasis. El efecto de estas integrinas podría ser especialmente importante en las células cancerosas que tienen mutaciones activadoras, o amplificaciones, de los genes que codifican estas RTK.


2. Mecanismo de acción bioquímico de la tirosina quinasa

Las tirosina quinasas son enzimas que fosforilan selectivamente el residuo de tirosina en diferentes sustratos. Las tirosina quinasas receptoras se activan mediante la unión del ligando a su dominio extracelular. Los ligandos son moléculas de señal extracelulares (por ejemplo, EGF, PDGF, etc.) que inducen la dimerización del receptor (excepto el receptor de insulina). Los diferentes ligandos emplean diferentes estrategias mediante las cuales logran la conformación dimérica estable. Un ligando puede unirse con dos moléculas receptoras para formar un complejo ligando: receptor 1: 2, p. la hormona del crecimiento y el receptor de la hormona del crecimiento, mientras que en otros casos dos ligandos se unen simultáneamente a dos receptores 2: 2 ligando complejo receptor y proporciona el mecanismo más simple de dimerización del receptor, p. VEGF y VEGFR. La dimerización del receptor también se estabiliza mediante interacciones entre receptor y receptor. Algún receptor de ligando no es suficiente para algún complejo y está estabilizado por moléculas accesorias, p. Los FGF no pueden activar el complejo FGFR y son estabilizados por proteoglicanos de sulfato de heparina (HSPG). La unión del ligando al dominio extracelular estabiliza la formación de dímeros activos y, en consecuencia, la activación de la proteína tirosina quinasa.

Los estudios estructurales del núcleo catalítico de varios RTK, apoyados por estudios bioquímicos y cinéticos de la fosforilación del receptor, han proporcionado pruebas de que la oligomerización del receptor aumenta la concentración local de los RTK, lo que lleva a una transfosforilación eficiente de residuos de tirosina en el bucle de activación del dominio catalítico. Tras la fosforilación de tirosina, el bucle de activación adopta una conformación abierta que da acceso a ATP y sustratos y hace que el ATP se transfiera de Mg-ATP al residuo de tirosina en el propio receptor y en las proteínas celulares involucradas en la transducción de señales.

El dominio catalítico intracelular de unión de ATP que cataliza la autofosforilación del receptor muestra el nivel más alto de conservación entre las RTK. El sitio de unión de ATP sirve como un sitio de acoplamiento para la unión específica de proteínas de señalización citoplasmática que contienen dominios de homología 2 de Src (SH2) y de unión de proteína tirosina (PTB). Estas proteínas, a su vez, reclutan moléculas efectoras adicionales que tienen el dominio de homología SH2, SH3, PTB y Pleckstrin (PH). Esto da como resultado el ensamblaje de complejos de señalización al receptor activado y la membrana y la posterior activación de una cascada de señales bioquímicas intracelulares, lo que conduce a la activación o represión de varios subconjuntos de genes y, por lo tanto, define la respuesta biológica a las señales. Durante estos procesos, los receptores migran dentro de la membrana plasmática y se internalizan a través de la invaginación recubierta de clatrina, que finalmente se sellan y forman una vesícula endocítica. Las vesículas endocíticas se fusionan con los lisosomas y, en el proceso, las enzimas lisosomales pueden degradar el receptor y el ligando. Los receptores también se reciclan en algunos casos. Durante todo el proceso de internalización del receptor, el complejo ligando-receptor se disocia y esto da como resultado la terminación de la reacción de señalización.


Resultados

Relaciones evolutivas entre las tirosina quinasas de vertebrados

Primero investigamos las relaciones evolutivas entre los 58 RTK y 32 CTK conocidos en humanos (Robinson et al. 2000 Lemmon y Schlessinger 2010) a través del análisis filogenético del dominio TK (fig. 1). Ni los RTK ni los CTK formaron grupos monofiléticos claramente distintos, y muchos vínculos entre las subfamilias RTK y CTK solo fueron respaldados por valores bajos de bootstrap. Por lo tanto, la filogenia obtenida no fue lo suficientemente robusta como para establecer con certeza un escenario que explique el cambio evolutivo entre RTK y CTK a través de la ganancia frente a la pérdida de dominios extracelulares y transmembrana. Ni el análisis de sintenia ni el estudio de la fase y posición del intrón a lo largo del dominio TK revelaron información adicional significativa para evaluar las relaciones entre RTK y CTK (fig. 1, figs. Suplementarias S1 y S2, material suplementario en línea).

Análisis filogenético por máxima probabilidad de todas las tirosina quinasas receptoras transmembrana (en rojo) y tirosina quinasas no receptoras citoplasmáticas (en verde) descritas en humanos. La alineación se basa en el dominio de tirosina quinasa común y estas proteínas tienen sus raíces en las quinasas PRKCD y MELK. Réplicas de Bootstrap: 1,000. Los nombres de las familias de genes se dan en la columna de la derecha del árbol. Los genes que se encuentran en las proximidades del genoma humano también se indican a la derecha utilizando el mismo código de color; otros genes interespaciados están en gris.

Dentro de las RTK, algunas de las 20 subfamilias se agrupan en la filogenia molecular del dominio TK con valores de arranque significativos (fig. 1). Se encontró agrupación filogenética para las subfamilias Tie / Fgfr / Ret / Vegfr / Pdgfr, Met / Ryk / Tam, Alk / Ros1 / Insr y Ddr / Ror / Musk / Trk, así como entre Lmr y Styk1 pero con un bootstrap menor valor. Los receptores de Ephrin (Eph, subdivididos en EphA y EphB) y la subfamilia Erbb formaron distintos subgrupos. Ptk7 no estaba particularmente relacionado con ningún otro RTK.

La agrupación de la subfamilia RTK obtenida utilizando la secuencia del dominio TK se confirmó mediante un análisis filogenético basado en las características del intrón (figuras complementarias S1 y S2, material complementario en línea). Además, 13 de las 20 subfamilias RTK, incluidos los grupos Tie / Fgfr / Ret / Vegfr / Pdgfr, Met / Ryk / Tam y Alk / Ros1 / Insr, así como Lmr y Styk1, están todos unidos por una fase-2 intrón, lo que sugiere un origen común de todos estos genes. Styk1 se asocia más particularmente con las subfamilias Vegfr / Pdgfr / Ret / Fgfr / Tie y comparte con ellas tres intrones. En este grupo de genes, todos menos los genes Tie se caracterizan por un dominio TK subdividido en dos porciones (Lemmon y Schlessinger 2010). los Lmr gen comparte intrones comunes con Alk / Ros1 / Insr. Con su pequeño dominio extracelular en comparación con los largos y distintos que caracterizan a todos los demás RTK, Lmr y Styk1 pueden no considerarse como De buena fe Los RTK, y su posición filogenética en el árbol de dominios de TK, sugiere que de hecho son divergentes (figura 1, la base de datos del kinoma de proteínas humanas, www.kinase.com/human/kinome Manning et al. 2002). Sin embargo, tienen un dominio transmembrana y su dominio quinasa comparte una fuerte similitud de secuencia con otras RTK. Las homologías basadas en intrones sugieren que Lmr y Styk1 derivan de RTK; el acortamiento de su región extracelular probablemente refleja reducciones o pérdidas secundarias del dominio del receptor extracelular.

Dentro de la subfamilia Eph, EphA y EphB, que no estaban claramente separadas por la filogenia molecular de la secuencia del dominio TK, podían distinguirse por un intrón (EphA tiene un intrón de fase 1 adicional en comparación con el EphB).

El repertorio RTK de vertebrados con mandíbulas ha sido ampliamente moldeado por WGD ancestrales

Analizamos 7.376 genes RTK (tabla complementaria S1, Material complementario en línea) que se recuperaron de 143 especies que cubren todos los principales clados entre los vertebrados con mandíbula. Dado que solo se describieron pocos RTK en algunas especies, nos concentramos en las 47 especies con el conjunto más grande de RTK (figura 2), pero agregamos información de las otras especies para su confirmación (tabla complementaria S1, Material complementario en línea). En particular, las especies relacionadas se analizaron cuando estaban disponibles para diferenciar la verdadera ausencia de un gen específico del linaje de los ensamblajes genómicos incompletos o las anotaciones genéticas. Las relaciones evolutivas entre los genes se evaluaron mediante la filogenia de la secuencia de proteínas (figura suplementaria S3, material suplementario en línea) y análisis de sintenia (figura suplementaria S4, material suplementario en línea). Se encontraron un total de 63 genes RTK que representan 20 subfamilias en especies de vertebrados sin mandíbula teleósteos (incluidos el gar manchado y el tiburón elefante).

Representación esquemática de la aparición de tirosina quinasas receptoras en 47 especies representativas de vertebrados. Se usa un recuadro blanco cuando no se encontró ninguna secuencia, ni siquiera parcial, en una especie, que se nombra a la izquierda. Los recuadros amarillos se refieren a la falta de un gen en un grupo taxonómico de especies, que se muestran a la derecha. Se utilizan otros cuadros de colores lisos cuando se encuentra una secuencia, incluso parcial. Los genes duplicados de la duplicación del genoma completo específico de teleósteos se muestran mediante cuadrados dobles. La filogenia superior se refiere a un análisis filogenético de máxima verosimilitud de los RTK encontrados en humanos y en otras especies de vertebrados para aquellos que se perdieron en mamíferos (ephA4-igual que, axl-igual que, ddr2-igual que, kdr-gusta y styk1-como, ver detalles en la fig. complementaria. S3, Material complementario en línea). Todas las subfamilias colapsadas tienen sus raíces en deuterostomas no vertebrados y tienen un valor de arranque significativo. Se representa el enlace de los genes duplicados en tándem en las subfamilias vegfr y pdgfr.

Para evaluar la evolución específica de vertebrados del repertorio RTK, examinamos los genomas deuterostoma no vertebrados disponibles, es decir, especies de anfioxos, ascidias marinas, gusanos de bellota y erizos de mar, utilizando genes RTK humanos como consultas. Con la excepción de Eph (varios genes en no vertebrados) y Pdgfr (sin secuencia ortóloga clara en no vertebrados, pero ver más abajo), 18 de las 20 subfamilias RTK generalmente tenían un solo gen representativo entre los deuterostomas no vertebrados (fig. 3 y la figura complementaria S5, Material complementario en línea). Para Met, Tie y Eph, se encontraron duplicaciones específicas de linaje en la ascidia y / o el anfioxo.

Análisis filogenético por probabilidad máxima de todos los genes del receptor de tirosina quinasa transmembrana observados en humanos (en rojo) y aquellos perdidos en humanos pero encontrados en otras especies (en azul) (ephA4-igual que, axl-igual que, ddr2-igual que, kdr-gusta y styk1-como en rojo). Estos genes se han alineado con proteínas RTK que se encuentran en deuterostomas no vertebrados (en negro), que enraizan todas las subfamilias RTK excepto la subfamilia pdgfr. Réplicas de Bootstrap: 1,000. Solo se mantuvieron los principales valores de arranque en los nodos filogenéticos clave.

Se observó una expansión específica de vertebrados para la mayoría de las familias de RTK (fig. 3). Solo cinco subfamilias de RTK de 20 contienen un solo gen: Ryk, Ros1, Almizcle, Ptk7, y Retirado. Otras cinco subfamilias están constituidas por dos genes: Met (Reunió/Mst1r), Alk (Alk/Ltk), Ror (Ror1/Ror2), Atar (Tie1/Tek) y Styk1 (Styk1/Styk1-igual que). Cuatro subfamilias están formadas por tres genes: Insr (Insr/Igfr/Insrr), Ddr (Ddr1/Ddr2/Ddr2-como), Trk (Ntrk1/Ntrk2/Ntrk3) y Lmr (Aatk/Lmtk2/Lmtk3). Cuatro subfamilias han conservado el conjunto completo de cuatro genes: Erbb (Egfr/Erbb2/Erbb3/Erbb4), Tam (Tyro3/Axl/Axl-igual que/Mertk), Vegfr (Flt1/Kdr/Kdr-igual que/Flt4) y Fgfr (Fgfr1/Fgfr2/Fgfr3/Fgfr4). La subfamilia Pdgfr se compone de cinco genes y se subdivide en dos grupos monofiléticos formados por Csf1r/Equipo/Flt3 y PdgfrA/PdgfrB ( Fig. 3 ). Finalmente, la subfamilia Eph contiene hasta 15 genes (ver más abajo). La expansión observada del repertorio RTK en la base de los vertebrados es consistente con la participación de los 1R / 2R-WGD. Se han mantenido hasta cuatro copias en aproximadamente el 75% de las subfamilias RTK, dependiendo de la tasa de retención de genes después de la rediploidización.

En conjunto, sin considerar la subfamilia del gen Eph, que tiene una historia evolutiva bastante compleja, y Insrr, que podría ser el resultado de una duplicación segmentaria (ver más abajo), y si asumimos que las subfamilias Vegfr / Pdgfr se han formado a partir de tres genes pre-WGD (ver más abajo), la tasa de retención de genes RTK después de 1R / 2R es 58,75% [47 / (20 * 2 * 2)]. Como comparación, se han mantenido 31 genes CTK después de duplicaciones 1R / 2R de 11 (o 12) progenitores de subfamilias, con una tasa de retención del 70,45% (o 64,5%).

Después de 1R / 2R-WGD, se produjeron pérdidas de genes específicos de linaje que contribuyeron a las diferencias en el repertorio de RTK en diferentes grupos de vertebrados. Axll se perdió en tetrápodos, EphA4l y Styk1l en amniotes (saurópsidos y mamíferos), y Ddr2l en mamíferos. El cuarto miembro de la familia Vegfr, que nombramos Kdrl (Kdr-como) según los datos de synteny y la filogenia de la subfamilia Vegfr, no se mantuvo en euterios. También se detectaron pérdidas de genes más restringidas (por ejemplo, la Ltk gen en Carnivora).

Dos subfamilias RTK también han evolucionado por duplicaciones locales ancestrales

El Pdgfr (Flt3/Equipo/Csf1r, PdgfrA/PdgfrB) y Vegfr (Flt1/Kdr/Flt4) Las subfamilias están relacionadas filogenéticamente y son muy similares en estructura, con cinco y siete dominios de inmunoglobulina (Ig) que caracterizan la parte extracelular de las proteínas (Robinson et al. 2000 Lemmon y Schlessinger 2010). Sorprendentemente, los genes de la subfamilia Pdgfr están agrupados con genes de la subfamilia Vegfr en humanos y otros vertebrados. Csf1r/PdgfrB están organizados en tándem, y Kdr/Equipo/PdgfrA se agrupan sin ningún otro gen que intervenga (fig. 4). Flt1 y Flt3 son vecinos y solo están separados por un gen (no PTK) (Pan3). Flt4 está en el mismo cromosoma que el Csf1r& # x02013PdgfrB tándem. Sólo hay un gen encontrado en deuterostomas no vertebrados que enraiza la subfamilia de genes Vegfr, y no se identificó ninguno para la subfamilia Pdgfr (figura 3 y figura suplementaria S5, material complementario en línea). Pdgfr Los genes tienen la misma estructura de posición y fase intrónica (111210012), que es diferente por un solo cambio de fase y posición del intrón de la Vegfr genes (111010012) (fig. Suplementaria S1, Material suplementario en línea).

Posibles escenarios propuestos para la evolución de las subfamilias vegfr y pdgfr. SSD en tándem inició la amplificación de esta subfamilia. Las secuencias de sus fases intrónicas muestran los eventos SSD. El escenario 1 apoya parcialmente la filogenia de vegfr, los genes más antiguos. Los miembros de otras familias de genes, Cdx y Chic, en sintonía con las subfamilias vegfr y pdgfr respaldan este escenario. La filogenia de Equipo/Csf1r/Flt3 favorece el escenario 2. Dado que los Vegfr son los genes ancestrales, y debido a que tanto los datos sinténicos como la filogenia apoyan el Escenario 1, el gen perdido en los euterios debería llamarse Kdrl.

En conjunto, estas observaciones sugieren que el antepasado de la Pdgfr genes fue duplicado cabeza a cabeza en tándem del antepasado de la Vegfr genes, muy temprano en la base de los vertebrados, antes de los dos WGD ancestrales (fig. 4). PdgfrA y PdgfrB los genes están más relacionados entre sí que con los otros tres miembros de la subfamilia Pdgfr (figs. 1 y 2). Esto sugiere que el ancestral PdgfrA / B El gen se generó a partir de otra duplicación en tándem, esta vez de cola con cabeza, a partir de la copia previamente duplicada. Por lo tanto, las subfamilias Vegfr y Pdgfr probablemente se originaron a partir de dos duplicaciones en tándem de un solo antepasado (fig. 4).

La subfamilia Eph (EphA / B) presenta una imagen más compleja y las relaciones evolutivas entre los genes miembros son más difíciles de desentrañar. Se han detectado hasta 15 genes en vertebrados. Además, Eph & # x02019s también están duplicados en otros linajes de cordados, con al menos seis copias en la ascidia. Ciona y dos en amphioxus, y solo un gen Eph está presente en el superfilo Ambulacraria más distante representado por el erizo de mar y el gusano bellota (figs. 2 y 3 y fig. suplementaria S5, material suplementario en línea). Esto sugiere una expansión independiente de linaje específico de la familia de genes Eph en diferentes grupos de cordados o la existencia de duplicaciones en los antepasados ​​cordados antes de los 1R / 2R-WGD. No se detectó ningún caso evidente de duplicación en tándem en esta subfamilia (fig. 1). Dentro de EphB genes, que se pueden distinguir claramente de EphA genes por un intrón de fase 1, EphB1/EphB2/EphB3/EphB4 forman un grupo monofilético fuertemente apoyado, en el que EphB6 no está incluido (fig. 3). Curiosamente, el EphB1/EphB2/EphB3/EphB4 Los genes están más relacionados con las secuencias de Ciona que con los vertebrados. EphB6. Esto sugiere un evento de duplicación de genes antes de la división de urocordados / vertebrados, con duplicaciones posteriores mediadas por 1R / 2R de la EphB1/EphB2/EphB3/EphB4 progenitor en vertebrados.

Otros genes también podrían haber sido generados por duplicaciones de genes locales. Por ejemplo, el EphA1 y Insrr Los genes se encuentran en especies de sarcopterigios, incluido el celacanto, pero no en actinopterigios ni en tiburones elefante. Una explicación simple para esta distribución implica eventos de duplicación local en la base de los sarcopterigios, incluso si no se puede excluir la pérdida de genes en peces cartilaginosos y con aletas radiadas, pero el mantenimiento en celacantos / tetrápodos después de 1R / 2R-WGD.

El repertorio RTK de peces teleósteos ha sido moldeado por el 3R WGD

Los genomas de los peces teleósteos han sido moldeados por un tercer WGD llamado 3R. Los peces investigados aquí son dos Ostariophysi (el pez de las cavernas, un characiforme y el pez cebra, un cipriniforme) y nueve especies de Percomorpha, que junto con el bacalao pertenecen a los Neoteleostei. El genoma del gar Lepisosteus oculeatus también fue analizado. Este pez holosteano divergió del linaje de peces que incluye los teleósteos antes del 3R WGD, y se espera que defina el conjunto de genes que estaban presentes antes del teleósteos WGD (Amores et al. 2011).

Según el conjunto de genes RTK que se encuentra en el gar, el celacanto y el tiburón elefante, es probable que existieran 61 genes RTK antes del evento 3R en el linaje que conduce a los teleósteos. Entre los 14 genes Eph, se conservaron ocho duplicados en todos los peces desde el 3R-WGD hasta la división entre Neoteleostei y Ostariophysi (fig. 2). Un duplicado de EphA4l luego se perdió en el Neoteleostei, y un duplicado no se mantuvo en los dos representantes del Ostariophysi para EphA6b y EphB1b. Entre los 47 genes RTK restantes, 15 se duplicaron en teleósteos. Ros1 y Tek se perdieron posteriormente en el Neoteleostei, y una PdgfrB falta duplicado en el Ostariophysi.

En conjunto, 23 de los 61 genes RTK duplicados por el 3R WGD se mantuvieron en al menos un grupo importante de teleósteos. Esto hace que 84 genes RTK en los representantes de los teleósteos utilizados en este análisis, con una tasa de retención del 68,8% [84 / (61 * 2)]. Estos valores son tan altos como los obtenidos para los dos vertebrados ancestrales 1R / 2R-WGD. Por lo tanto, los teleósteos tienen un repertorio considerablemente mayor de RTK que los tetrápodos.


Parte I Introducción 1

1.1 Receptores y señalización 3

1.1.1 Aspectos generales de la señalización 3

1.1.2 Señales verbales y fisiológicas 3

1.1.3 Criterios para reconocer transmisores y receptores 4

1.1.6 Receptor y similitudes enzimáticas ndash 4

1.2 Tipos de receptores y hormonas 5

1.2.1 Superfamilias de receptores 5

1.3 Los receptores son la expresión química de la realidad 6

2 Los orígenes del pensamiento químico 9

2.1 Descripción general de la historia farmacológica temprana 9

2.1.1 El desarrollo de una hipótesis química 9

2.1.2 Estructura química y acción de los fármacos 10

2.1.3 El sitio de acción de las drogas 10

2.2 Farmacología moderna 10

2.2.1 Langley y Ehrlich: los orígenes del concepto de receptor 10

2.2.2 Maduración del concepto de receptor 13

2.3 Filogenética de la señalización 13

2.3.1 Los primeros comunicadores 13

Parte II Fundamentos 15

3 Membranas y proteínas 17

3.1.1 La membrana citoplasmática y la importancia de las membranas celulares 17

3.1.2 Historia de los modelos de membrana 17

3.1.2.1 Las funciones de las proteínas en las membranas 18

3.1.2.2 Desafíos del modelo 19 de Danielli y ndashDavson

3.1.2.3 Una nueva visión de las proteínas de membrana 19

3.1.2.4 El concepto moderno de membranas y el modelo de mosaico fluido 19

3.1.3 Componentes de la membrana 19

3.1.3.2 Asimetría y heterogeneidad en lípidos de membrana 20

3.1.3.3 Construcción de membranas e inserción de proteínas 20

3.2 La naturaleza y función de las proteínas 21

3.2.1 Estructuras lineales y tridimensionales 22

3.2.3 Estructura secundaria 23

3.2.4 Estructura terciaria 24

4 Las hormonas como primeros mensajeros 27

4.1 Hormonas y comunicación celular 27

4.1.1 Descubrimiento de hormonas 27

4.2.1 Feromonas para la señalización entre individuos 28

4.2.2 Archaea y bacterias 28

4.2.3.2 Unikonts y ndash amebozoos, hongos, animales 29

4.2.3.3 Feromonas de invertebrados 31

4.2.3.4 Feromonas de vertebrados 31

4.3 Transmisores y hormonas de vertebrados 31

4.3.1 Agonistas peptídicos y no peptídicos 31

4.3.2 Hormonas peptídicas de los receptores acoplados a proteína G 32

4.3.2.1 Eje hipotalámico-hipofisario 32

4.3.2.2 Las hormonas tróficas de la hipófisis anterior 34

4.3.3 Otros péptidos neuronales 35

4.3.3.2 Péptidos transmisores no opioides 36

4.3.4 Péptidos de fuentes no neuronales 36

4.3.4.1 Hormonas del tracto digestivo 36

4.3.4.2 Hormonas del tejido vascular 38

4.3.4.3 Hormonas de la sangre 38

4.3.4.4 Hormonas peptídicas de los tejidos reproductivos 39

4.3.4.5 Hormonas de otros tejidos 39

4.3.5 No péptidos que actúan sobre receptores acoplados a proteína G 39

4.3.5.1 Transmisores derivados de aminoácidos 39

4.3.5.2 Transmisores derivados de nucleótidos 40

4.3.5.3 Transmisores derivados de lípidos de membrana y prostaglandinas y cannabinoides ndash 41

4.3.6 Transmisores de los canales de iones 41

4.3.7 Hormonas de las quinasas receptoras y receptores del factor de crecimiento ndash 43

4.3.7.2 Factores de crecimiento similares a la insulina 43

4.3.7.3 Péptidos natriuréticos 43

4.3.7.4 Moléculas de señal de péptidos importantes en la embriogénesis 43

4.3.7.5 Hormonas de la glándula pituitaria y somatotropina y prolactina 43

4.3.8 Hormonas de los receptores nucleares 44

4.3.8.2 Hormonas nucleares no esteroides 46

4.4 Analgésicos y venenos como ligandos receptores 46

5.1 La materialización de los receptores 47

5.2.1 Unión del agonista al receptor 48

5.3.1 Enfoques iniciales para comprender la acción de los receptores 49

5.3.1.1 El modelo de ocupación 49

5.3.1.2 Procesos que siguen a la activación del receptor 52

5.3.1.3 Eficacia y receptores de repuesto 52

5.3.2 Enfoques modernos de la teoría de los receptores 52

5.3.2.1 El modelo de dos estados 52

5.3.2.2 El modelo complejo ternario 53

5.3.2.4 Modelo de complejo ternario cúbico (CTC) 55

5.3.3 Resumen de los estados del modelo 55

5.4 Visualización de la estructura y función del receptor 55

5.4.1 Determinación del receptor Kd 55

5.4.2 Visualización de la unión de ligandos 57

5.4.2.1 Preparación del receptor 58

5.4.2.2 Estudios de enlace de equilibrio 58

5.4.2.3 Estudios de competición 58

5.4.3 Cristalografía de rayos X de receptores nativos y unidos a agonistas 59

5.4.4 Etiquetado de la sonda (fluorescente y fotoafinidad) 60

5.5 Enfoques proteómicos de la eficacia de los receptores 60

5.6 Factores físicos que afectan la unión del receptor 61

5.6.2 Relación de la afinidad y la eficacia del agonista con la distancia recorrida después de la liberación 61

Parte III Tipos de receptores y función 63

6 Transducción I: Canales de iones y transportadores 65

6.1.1 Relaciones familiares 65

6.2 Canales de moléculas pequeñas 66

6.2.1 Detectores osmóticos y de estiramiento 66

6.2.2 Canales catiónicos activados por voltaje 66

6.2.2.1 Historia de los estudios sobre canales controlados por voltaje 66

6.2.2.2 Estructura y fisiología de los canales de iones 68

6.2.3 Canales de potasio 68

6.2.4.1 Canales bacterianos de Na + 70

6.2.4.2 Canales de Na + de vertebrados 70

6.2.6 Canales catiónicos no dependientes de voltaje y canales de potencial de receptor transitorio ndash (TRP) 72

6.3.1 Bombas y difusión facilitada 73

6.3.2 El canal de cloruro 76

6.4 Principales proteínas intrínsecas 76

6.4.2 Transportadores de glicerol 77

6.5 Canales iónicos activados por ligando 77

6.5.1 Dominios de Four-TM y ndash los Receptores Cys-Loop 77

6.5.1.1 Los canales Four-TM para cationes 78

6.5.1.2 Los canales Four-TM para aniones 80

6.5.2 Dominios de tres TM y receptores de glutamato ionotrópicos ndash 82

6.5.2.1 Canales activados por glutamato 82

6.5.2.2 Receptor 82 de N-metil-D-aspartato (NMDA)

6.5.2.3 Receptores no NMDA 82

6.5.3 Dominios de dos TM y receptores ndash controlados por ATP (P2X) 82

7 Transducción II: Receptores acoplados a proteína G 85

7.1.2 Transducción sensorial 87

7.1.2.1 Quimiorrecepción en no mamíferos 87

7.1.2.2 Quimiorrecepción en mamíferos 87

7.2 Familias de receptores acoplados a proteína G 89

7.3 Mecanismos de transducción 89

7.3.1 Descubrimiento del control del receptor del metabolismo y de las proteínas G y AMP cíclico ndash 89

7.3.1.1 Componentes del proceso de activación metabólica 89

7.3.1.2 Descubrimiento de AMP cíclico 90

7.3.1.3 Descubrimiento de proteínas G 90

7.3.2 Acciones de las proteínas G 91

7.3.2.2 Funciones de las subunidades Beta y Gamma 95

7.3.3 Proteínas que mejoran (GEF) o inhiben (GAP) la unión de GTP 96

7.3.4 Amplificación de señal 97

7.3.5 Cese de la señal y ndash Varios procesos reducen la actividad del receptor 97

7.3.6 Interacciones entre receptores y proteínas G 97

7.3.7 Resumen de las acciones de los GPCR: agonistas, receptores, proteínas G y cascadas de señalización 98

7.4 Las principales familias de receptores acoplados a proteínas G 99

7.4.1 Familia A & ndash similar a la rodopsina 99

7.4.2 Familia B & ndash Secretin-Like 104

7.4.3 Glutamato metabotrópico de la familia C & ndash y receptores del gusto dulce / omami 104

7.4.3.1 Receptores del gusto 1 (T1R) 105

7.4.3.2 Receptores sensores de calcio 106

7.4.4 Receptores de adhesión Family D & ndash 106

7.4.5 Receptores F & ndash Suavizados Frizzled-Family 106

7.4.6 Receptores AMP cíclicos E & ndash de la familia 106

7.4.7 Otros tipos de receptores acoplados a proteína G en eucariotas 106

7.4.7.1 Receptores de feromonas de apareamiento de levadura 106

7.4.7.2 Receptores del gusto de insectos 106

7.4.7.3 Quimiorreceptores de nematodos 106

8 Transducción III: Receptores quinasas e inmunoglobulinas 107

8.2 Receptores para la división celular y el metabolismo 108

8.2.1 Descripción general de los miembros de la familia 108

8.2.2 Funciones generales de RTK 108

8.2.2.1 Dominios extracelulares 108

8.2.2.2 Dominios intracelulares 109

8.2.3 Subfamilias de receptores de tirosina quinasa 110

8.2.3.1 Subfamilia de receptores de EGF 111

8.2.3.2 Subfamilia de receptores de insulina 111

8.2.3.3 Subfamilias de receptores FGF y PDGF 111

8.2.3.4 Subfamilia de receptores NGF 111

8.3 Receptores de serina / treonina quinasas 112

8.3.1 Receptor del factor de crecimiento transformante-beta (TGF- y beta) 112

8.4 Subfamilia de receptores de guanilil ciclasa y receptores de péptidos natriuréticos ndash 112

8.5 Moléculas no quinasas y receptores LDL ndash 113

8.5.1 Transporte de colesterol 113

8.5.2 El receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDL) 114

8.5.2.1 Fosas recubiertas de clatrina 114

8.6 Señalización de contacto celular y ndashCell 115

8.6.1 Señalización Notch y ndashDelta 115

8.7 Receptores, anticuerpos y citocinas del sistema inmunológico 115

8.7.1 Las respuestas inmunitarias innatas 115

8.7.2 Las células y moléculas del sistema inmunológico adaptativo 116

8.7.3 Receptores de células T e inmunoglobulinas 116

8.7.4 Moléculas de la superficie celular 117

8.7.4.1 Las proteínas MHC 117

8.7.4.2 Receptores de las células B y T 118

9 Transducción IV: Receptores nucleares 121

9.2 Acciones genómicas de los receptores nucleares 122

9.2.1 Familias de receptores nucleares 122

9.2.2 Control de transcripción 122

9.2.3 Receptores nucleares constitutivamente activos 122

9.2.4 Receptores ligados 122

9.2.5 Historia de los estudios sobre receptores de esteroides 123

9.2.6 Estructura del receptor 123

9.2.7 El módulo de unión a ligando 124

9.2.8 El módulo de unión al ADN 125

9.2.9 Acciones nucleares específicas 125

9.2.9.1 Familia 1 y receptores de hormonas tiroideas y vitaminas A y D 125

9.2.9.2 Receptores de ácidos grasos de la familia 2 y ndash (HNF4) y retinoico X (RXR) 127

9.2.9.3 Receptores de esteroides de la familia 3 y ndash para estrógenos, andrógenos, progestágenos, mineralocorticoides y glucocorticoides 128

9.3 Acciones de los antagonistas de los receptores 129

9.4 Acciones no tradicionales de hormonas similares a los esteroides y sus receptores 130

9.4.1 Receptores de progesterona de membrana celular 131

9.4.2 Receptores de mineralocorticoides y glucocorticoides de membrana celular 131

9.4.3 Receptores de hormona tiroidea y vitamina A / D de membrana celular 131

9.4.4 Activación de la transcripción independiente del ligando 131

Aplicaciones de la Parte IV 133

10 Complejidad de señalización 135

10.2 Determinación experimental de cascadas de señalización 135

10.2.2 MAPK: una cascada de fosforilación 136

10.3 Transducción a través de la membrana 138

10.3.2 Receptores acoplados a proteína G 138

10.3.2.1 Otros transductores similares a la proteína G y ndash Ras 139

10.3.2.2 Otros transductores similares a la proteína G y ndash Ran 139

10.3.3 Agregación y desarrollo celular 140

10.3.3.1 Coagregación en bacterias 140

10.3.3.2 Agregación en eucariotas 140

10.3.3.3 Las moléculas de adhesión celular 141

10.4 Complejidad en los roles cruzados y ndash de PIP3, Akt y PDK1 141

10.4.1 Cascadas de señalización mediante PIP3 142

10.4.3 Tirosina quinasas receptoras 144

10.4.4 Receptores de citocinas y proteínas JAK / STAT 144

10.4.5 Señalización celular combinada y acciones ndash GPCR y RTK 144

10.5.1 Activación constitutiva versus inducible 144

10.6 Señalización mediada por moléculas de gas 146

10.6.3 Sulfuro de hidrógeno 148

11 Interacciones celulares en desarrollo 149

11.2 Los orígenes de la multicelularidad 150

11.2.1 Linajes multicelulares en procariotas 150

11.2.2 Linajes multicelulares en eucariotas 150

11.2.2.1 Cromalveolatos y ndash generalmente unicelulares pero con un clado multicelular 151

11.2.2.2 Archaeplastida & ndash Algas y plantas 151

11.2.2.3 Amoebozoos, hongos, choanoflagelados y animales 151

11.3 El origen de la simetría y los ejes 152

11.3.1 El plan corporal multicelular 152

11.3.2 La Porifera & ndash asimétrica con una capa de celda única 152

11.3.3 Cnidaria y simetría radial ndash, dos capas de células, tejidos 153

11.4 Fertilización y organización del plan corporal multicelular 154

11.4.1 Reconocimiento de esperma y ndashEgg 154

11.4.1.1 Fertilización de erizos de mar 154

11.4.1.2 Fertilización de mamíferos 157

11.5 Diferenciación de embriones triploblásticos y organogénesis ndash 158

11.5.2 El origen de los animales triploblásticos 158

11.5.3 Desarrollo en protostomos 159

11.5.3.1 Segmentación y formación de órganos en Drosophila 159

11.5.3.2 Interacciones celulares en el desarrollo posterior de Drosophila 161

11.5.4 Desarrollo en deuterostomos 162

11.5.4.1 Desarrollo temprano de la rana 162

11.6 Muerte celular programada (apoptosis) 165

11.6.1 Apoptosis durante el desarrollo 166

11.6.2 Apoptosis durante la vida adulta 166

12 Mecanismos de los receptores en los procesos patológicos 169

12.1 Base genética para la función del receptor 169

12.1.1 Genotipo y fenotipo 169

12.1.2 Mecanismos de dominancia clásicos 169

12.1.3 Otros niveles de expresión genética 170

12.1.4 Mutaciones pre-receptor 170

12.1.5 Mutaciones del receptor 171

12.1.6 Mutaciones post-receptor 171

12.2 Patologías del receptor 171

12.2.1 Superfamilia de canales de iones 171

12.2.1.1 Canales de calcio 172

12.2.1.2 Canales de proteína receptora transitoria (TRP) 172

12.2.1.3 Canales de Na + dependientes de voltaje 172

12.2.1.4 Canales de Na + regulados por ligando 172

12.2.1.5 Transportador de cloruro y fibrosis quística ndash 172

12.2.2 Superfamilia de receptores acoplados a proteína G 172

12.2.2.2 Enfermedades de la tiroides 173

12.2.2.3 Enfermedad cardiovascular 173

12.2.3 Superfamilia de inmunoglobulinas 176

12.2.3.1 Diabetes mellitus 176

12.2.3.2 Aterosclerosis 176

12.2.4 Superfamilia de receptores nucleares y receptores de esteroides ndash 176

12.2.4.1 Alteraciones en la transcripción 176

12.2.4.2 Efectos adicionales 177

12.3 Mutaciones de señalización que conducen al cáncer 177

12.3.1 Patogenia del cáncer 177

12.3.2 El cáncer como enfermedad de las moléculas de señalización 178

12.3.2.1 Oncogenes que codifican transmisores mutados 178

12.3.2.2 Oncogenes que codifican RTK mutados 178

12.3.2.3 Oncogenes que codifican proteínas G mutadas 179

12.3.2.4 Oncogenes que codifican factores de transcripción mutados y receptores de esteroides ndash 180

13 Receptores y la mente 181

13.1 Orígenes del comportamiento 181

13.1.1 Memoria bacteriana a corto plazo 181

13.1.2 Animales sin verdadera organización neuronal: Porifera 182

13.1.3 Animales con redes neuronales: el Cnidaria 182

13.1.4 Animales simétricos bilateralmente: la Acoela 183

13.2.3.1 Síntesis y liberación de transmisores cerebrales 185

13.2.3.2 Conversión de memoria a corto plazo en memoria a largo plazo 186

13.3 Memoria animal: invertebrados 186

13.3.1 Descubrimiento de la contribución de la señalización a la memoria 186

13.3.2 Mecanismos receptores de las interacciones entre las células nerviosas 186

13.3.2.1 El reflejo de abstinencia de Gill de Aplysia 186

13.3.2.2 Mecanismos subyacentes a la sensibilización y la memoria a corto plazo 187

13.3.2.3 Flujos de iones en los potenciales de acción nerviosa 187

13.3.2.4 Consolidación en memoria a largo plazo (LTP) 188

13.4 Memoria animal: vertebrados 188

13.4.1 Mecanismos de potenciación intracelular 188

13.5 Receptores y comportamiento: adicción, tolerancia y dependencia 190

13.5.1 Receptores de opioides 190

13.5.1.1 Vías de las neuronas opioides en el cerebro 191

13.5.1.2 Los péptidos y receptores opioides 192

13.5.1.3 Mecanismos de transducción 192

13.5.1.4 Características de las respuestas a la presencia continua de fármacos 192

13.5.2 Distribuciones individuales y culturales de la depresión 193

13.5.2.2 Polimorfismos en transportadores de neurotransmisores 194

13.5.2.3 Polimorfismos en subtipos de receptores de opioides 194

13.5.2.4 Polimorfismos en enzimas para la disposición del transmisor 194

13.5.2.5 Acciones a nivel de sociedad 194

13.5.2.6 Posibles mecanismos 195

14 Evolución de receptores, transmisores y hormonas 197

14.1.1 Filogenia de la comunicación: ideas generales 197

14.2 Orígenes de transmisores y receptores 197

14.2.1 Evolución de los procesos de señalización 197

14.2.2 Secuencias homólogas 198

14.2.2.1 Secuencias ortólogas y parálogas 198

14.2.3 Inferencia filogenética 199

14.2.4 Ilustración filogenética de las relaciones entre proteínas 199

14.2.5 Duplicación del genoma completo (WGD) 200

14.2.6 Orígenes de nuevos dominios 201

14.2.7 Adaptación de sistemas receptores 201

14.2.8 Coevolución de componentes de vías de señalización 202

14.2.9 Hormonas peptídicas y sus receptores 202

14.2.10 Receptores y sus hormonas no peptídicas 202

14.3 Evolución de las hormonas 202

14.3.1 Hormonas peptídicas para receptores acoplados a proteína G 202

14.3.1.1 Las feromonas de apareamiento de levadura 203

14.3.1.2 Las hormonas tróficas de la hipófisis anterior 203

14.3.1.3 Las hormonas liberadoras hipotalámicas 203

14.3.1.4 Las hormonas de la hipófisis posterior 203

14.3.1.5 Varias hormonas peptídicas 204

14.3.2 Hormonas del receptor de tirosina quinasas 204

14.3.2.1 La familia de la insulina 204

14.3.2.2 Las neurotrofinas 204

14.3.2.3 La familia de hormonas del crecimiento 204

14.4 Evolución de las superfamilias de receptores 205

14.4.1.1 Canales activados por voltaje 205

14.4.1.2 Canales activados por ligando 205

14.4.2 Receptores acoplados a proteínas G 206

14.4.2.1 Tipos de receptores acoplados a proteína G 206

14.4.2.2 Receptores de la familia A y familia de rodopsina ndash 206

14.4.2.3 Secretina de la familia B & ndash y receptores de adhesión 207

14.4.2.4 Receptores F & ndash Rizados y Suavizados Familiares 208

14.4.2.5 Elementos de la vía de transducción GPCR 208

14.4.3 La superfamilia de inmunoglobulinas 210

14.4.3.1 Las tirosina quinasas receptoras 210

14.4.3.2 Moléculas del sistema inmunológico adaptativo 211

14.4.4 Receptores de esteroides, vitamina A / D y hormonas tiroideas 211

14.4.4.1 Origen de los receptores nucleares: el papel de los ligandos 211

14.4.4.2 Las familias de receptores nucleares 211

14.4.4.3 Evolución posterior de receptores nucleares y explotación de ligandos ndash 212


8.5: Tirosina quinasas receptoras (RTK) - Biología

Todos los artículos publicados por MDPI están disponibles inmediatamente en todo el mundo bajo una licencia de acceso abierto. No se requiere un permiso especial para reutilizar todo o parte del artículo publicado por MDPI, incluidas las figuras y tablas. Para los artículos publicados bajo una licencia Creative Common CC BY de acceso abierto, cualquier parte del artículo puede ser reutilizada sin permiso siempre que el artículo original esté claramente citado.

Los artículos de fondo representan la investigación más avanzada con un potencial significativo de alto impacto en el campo. Los artículos de fondo se envían por invitación individual o recomendación de los editores científicos y se someten a una revisión por pares antes de su publicación.

El artículo destacado puede ser un artículo de investigación original, un estudio de investigación novedoso y sustancial que a menudo implica varias técnicas o enfoques, o un artículo de revisión completo con actualizaciones concisas y precisas sobre los últimos avances en el campo que revisan sistemáticamente los avances científicos más interesantes. literatura. Este tipo de artículo ofrece una perspectiva sobre las futuras direcciones de la investigación o sus posibles aplicaciones.

Los artículos de Editor's Choice se basan en las recomendaciones de los editores científicos de las revistas de MDPI de todo el mundo. Los editores seleccionan una pequeña cantidad de artículos publicados recientemente en la revista que creen que serán particularmente interesantes para los autores o importantes en este campo. El objetivo es proporcionar una instantánea de algunos de los trabajos más interesantes publicados en las diversas áreas de investigación de la revista.


Lección 1: Señalización celular

Resumen / Objetivos

Después de completar esta lección, debería poder:

  1. Defina el término & ldquocell señalización. & Rdquo
  2. Resuma el principio general detrás de la transducción de señales.
  3. Enumere los tipos generales de señales.

Lecturas y actividades

  1. Lea & ldquoCell Signaling & rdquo (páginas 196 y ndash198 del libro de texto).
  2. También puede ver dos videoconferencias sobre mecanismos de señalización para todas las lecciones de esta unidad:

    (También se proporciona un enlace a esto en la página 196 del libro de texto).

    (Tenga en cuenta que la versión actual del libro de texto no proporciona esta URL).

    Comentario

    Todos los organismos, desde los unicelulares hasta los multicelulares complejos, son capaces de responder a su entorno y coordinar sus numerosas actividades celulares a través de mecanismos de transducción de señales. La transducción de señales sigue un principio general simple:

    La señal se une al receptor y la vía rarr de intermediarios y la respuesta de la célula diana rarr

    Este principio general se ilustra en la página 197 del libro de texto. A continuación se muestra un diagrama general:

    Adaptado de: Universidad de Tokio, Una guía completa de las ciencias de la vida, Fig. 14 y # 82091B, https://csls-text3.c.u-tokyo.ac.jp/active/14_01.html

    Hay muchos tipos de receptores en la superficie de la membrana de una célula, que transducen señales del medio ambiente. Las moléculas que se unen específicamente a esos receptores se denominan ligandos o moléculas de señal. Las moléculas de señal que median la transducción de señales entre células se denominan primeros mensajeros, y las que se producen y movilizan dentro de las células en la vía se denominan segundos mensajeros.

    La unión de una molécula de señal desde el exterior de una célula a un receptor hace que un receptor transforme y estimule otras moléculas, lo que se conoce como activación. Estos receptores activados luego activan otras moléculas en la célula. Esta vía transmite información del entorno y amplifica la respuesta celular, asegurando que la célula tenga una respuesta adecuada a la señal ambiental. Esta información puede transmitirse al núcleo, donde influirá en la expresión génica, o transmitirse a proteínas u orgánulos intracelulares involucrados en las funciones celulares.

    Ahora que comprende la transducción de señales, es importante ver cómo estos conceptos generales encajan en la imagen más amplia y detallada de este importante proceso celular. A continuación se muestra una figura detallada de las diferentes vías de transducción de señales:

    Archivo: Signal transduction pathways.svg. Por cybertory, 2010. GFDL o CC BY-SA 3.0 a través de Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Signal_transduction_pathways.svg.

    Esta figura detallada muestra la complejidad de algunas vías de transducción de señales en la célula. Como demuestra esta figura, hay una serie de vías en las células, con muchos pasos y segundos mensajeros que culminan en una variedad de respuestas celulares, que dependen de la señal inicial recibida. (Usted es responsable solo del material resaltado en el libro de texto y en el comentario de la guía de estudio, no se espera que conozca todos los pasos que se muestran para cada vía de transducción de señales).

    Hay muchas cifras excelentes en línea para la transducción de señales, que es posible que desee consultar también. Incluso en su complejidad, esta figura no describe todas las posibles respuestas celulares y segundos mensajeros. A medida que avanza en las otras lecciones de esta unidad y aprende sobre cada tipo de receptor y la vía de transducción resultante, es posible que desee volver a esta figura u otras que encuentre para ver cómo encajan.

    Preguntas de estudio

    1. En la superficie de una célula, ¿por qué hay tantos tipos diferentes de receptores con especificidades de unión a diferentes moléculas?
    2. ¿Cuáles son los tres pasos generales en la transducción de señales?
    3. Enumere dos formas generales en las que la transducción de señales provoca un cambio o una respuesta en una célula.

    Si desea discutir alguna de estas preguntas o necesita ayuda con el material, comuníquese con su Experto Académico (AE) enviando un correo electrónico al Centro de Éxito Estudiantil a [email protected]


    Fondo

    El cáncer de mama es una de las principales causas de morbilidad y mortalidad entre la población femenina de todo el mundo. La incidencia del cáncer de mama difiere considerablemente en todo el mundo. Se espera que afecte a 0,2 millones y provocaría unas 41 070 muertes en 2017 en EE. UU. [1]. El cáncer de mama surge como consecuencia de la desregulación de diferentes vías de señalización en las células epiteliales mamarias. Los factores de crecimiento y las quimiocinas activan varias cascadas de señalización que se entrecruzan en el microambiente del tumor y conducen a la progresión del cáncer. Se unen a diferentes familias de receptores. Receptor Tyrosina Kinasas (RTK) comprenden una de esas familias. Las RTK son proteínas transmembrana de un solo paso, expresadas en varios tipos de células, incluidas las del microambiente tumoral. Sobreexpresión de varios tipos de RTK, como los receptores del factor de crecimiento epidérmico (EGFR), los receptores del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGFR), los receptores del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGFR), los receptores del factor de crecimiento similar a la insulina (IGFR) y los receptores del factor de crecimiento de fibroblastos (FGFR) se encuentra en diferentes tipos de cáncer, incluido el de mama [2, 3, 4]. Los niveles elevados de RTK se asocian con una mayor agresividad del cáncer de mama y una menor supervivencia global y libre de enfermedad [5]. La unión de ligandos conduce a cambios conformacionales en las RTK que dan como resultado la activación de moléculas de señalización aguas abajo. Las vías importantes que se sabe que son activadas por RTK incluyen proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK), Janus quinasa (JAK) / transductor de señal y activador de la transcripción (STAT) y fosfoinositido 3-quinasa (PI3K) / Akt [6,7 , 8,9,10]. Las vías reguladas por RTK juegan un papel clave en varias facetas de la progresión del cáncer. La señalización activada por RTK también induce el fenotipo de células madre cancerosas (CSC) que presentan resistencia a los regímenes terapéuticos [6, 9]. La progresión del cáncer no solo está regulada por redes de señalización autónomas, sino también por señales moleculares dependientes del contexto recibidas del estroma tumoral. El estroma tumoral consta de varios tipos de células no cancerosas, como fibroblastos, células endoteliales, macrófagos y otras células inmunitarias [11]. La interacción regulada por la señalización RTK entre el tumor y las células estromales contribuye a la remodelación tisular, el reclutamiento y la activación de las células estromales. La supervivencia de las células cancerosas diseminadas en los sitios metastásicos requiere la formación del nicho premetastásico por las células estromales. Se sabe que las células estromales que expresan RTK se reclutan en sitios metastásicos y se ha descubierto que forman un nicho premetastásico a través de la señalización regulada por RTK [8]. Las RTK también regulan la diferenciación trans de las células cancerosas a células endoteliales para formar nuevos vasos sanguíneos en un proceso conocido como mimetismo vasculogénico [12, 13]. Dado que las RTK desempeñan un papel importante en diferentes aspectos de la progresión del cáncer de mama, las RTK dirigidas podrían ser útiles en el tratamiento del cáncer. A lo largo de los años, se han examinado y probado varios inhibidores de RTK en ensayos clínicos. Algunos de ellos, como el lapatinib, trastuzumab y bevacizumab, han sido aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) de EE. UU. Para el tratamiento clínico del cáncer de mama. Curiosamente, los inhibidores de RTK revierten la resistencia a múltiples fármacos inducida por la terapia convencional y mejoran la supervivencia libre de enfermedad en pacientes con cáncer de mama metastásico [14]. Aunque la terapia anti-RTK muestra beneficios clínicos en pacientes con cáncer de mama, desafortunadamente, se desarrollan células cancerosas de novo o resistencia adquirida que limita el éxito de la terapia dirigida a RTK [15]. En esta revisión, nos ocupamos de la señalización de EGFR, VEGFR, PDGFR y FGFR en la progresión del cáncer de mama, el mantenimiento del fenotipo de las células madre del cáncer, la interacción tumor-estroma y la resistencia a los fármacos. Además, esta revisión también analiza los principales desafíos en la selección de los RTK para el tratamiento exitoso del cáncer de mama.

    Estructura y clasificación de RTK

    Se han caracterizado cincuenta y ocho RTK diferentes en humanos y se han clasificado en 20 subfamilias diferentes sobre la base de características estructurales. Cada subfamilia RTK exhibe un prototipo de organización estructural junto con características específicas de clase. Un prototipo de RTK tiene un dominio de unión a ligando extracelular y un dominio de tirosina quinasa intracelular separados por un dominio transmembrana. Las subfamilias de RTK son (1) EGFR, (2) InsR, (3) PDGFR, (4) VEGFR, (5) FGFR, (6) PTK7 / CCK4, (7) Trk, (8) Ror, (9) MuSK, (10) Met, (11) Axl, (12) Tie, (13) EphA / B, (14) Ret, (15) Ryk, (16) DDR1 / 2, (17) Ros, (18) LMR , (19) ALK y (20) SuRTK106 / STYK1. El dominio intracelular de las RTK tiene actividad tirosina quinasa (dominio tirosina quinasa TKD). Este dominio de tirosina quinasa puede fosforilar residuos de tirosina en cis (dentro de la misma molécula) o en trans (que reside en una molécula diferente) (Fig. 1). Se ha descubierto que este diseño de consenso de RTK se conserva a lo largo de la evolución. Se ha descubierto que las mutaciones en los RTK que dan lugar a anomalías estructurales provocan diversos trastornos.

    Estructura del prototipo del receptor tirosina quinasa y mecanismo de activación. Las tirosina quinasas receptoras (RTK) tienen los siguientes segmentos estructurales desde el extremo N al C terminal: pliegues de inmunoglobulina, región transmembrana, región yuxtamembrana, lóbulo N, bucle de activación, lóbulo C y cola citoplasmática. Los RTK residen en la membrana plasmática como monómero. La unión de ligandos reticula las moléculas receptoras e induce cambios conformacionales que conducen a la autofosforilación y activación del receptor. RTK fosforilado sirve como un sitio de acoplamiento para proteínas adaptadoras (B) o puede fosforilar directamente moléculas de señalización (A). Las proteínas adaptadoras o moléculas de señalización se unen al receptor fosforilado a través de la homología Src 2 (SH2) o el dominio de unión a fosfotirosina (PTB). Las proteínas adaptadoras acopladas transducen aún más la señal mediante la fosforilación de otras moléculas aguas abajo (C, D)

    Las RTK se activan mediante la unión de ligandos solubles. Algunas de las RTK (DDR1, DDR2) no son activadas por ligandos solubles sino por fibras de colágeno de la matriz extracelular [16]. Dos eventos obligatorios en la activación de RTK son la unión del ligando y la dimerización del receptor. Aunque la idea anterior era que la unión del ligando afín da como resultado en última instancia la dimerización del receptor, se ha descubierto que pocas RTK son oligoméricas incluso en ausencia de ligandos [17]. El EGFR está presente principalmente como monómero, mientras que el receptor de insulina está presente como dímero en la membrana celular [18]. No obstante, la activación del receptor requiere la unión del ligando y la consiguiente dimerización u oligomerización del primero en un estado activo. Diferentes grupos de investigación han explicado diferentes mecanismos para la dimerización del receptor inducida por la unión de ligandos para diferentes clases de RTK. Los mecanismos incluyen dos extremos en los que la interfaz del dímero está formada en su totalidad por el ligando o las moléculas receptoras. Los otros dos mecanismos incluyen la participación tanto del ligando como del receptor para la formación de la interfaz del dímero y, en otro caso, la participación de una molécula accesoria. Un ejemplo del primer mecanismo es la activación del receptor del factor de crecimiento nervioso (NGF), TrkA, donde sólo dos moléculas de NGF forman la interfaz del dímero y ninguno de los dominios extracelulares del receptor hace contacto físico con la molécula vecina [19, 20]. Los ligandos que activan a los miembros de la familia EGFR no forman por sí mismos dímeros, sino que se unen a dos dominios diferentes de la misma molécula e inducen cambios conformacionales favorables que conducen a la formación de la interfaz del dímero por las moléculas receptoras [21]. El factor de células madre (SCF) se une a su receptor, KIT, e induce la dimerización del receptor, donde la interfase del dímero está formada por moléculas tanto del ligando como del receptor [22]. En el caso de FGFR, la molécula de heparina estabiliza la configuración del dímero de FGFR después de la unión del ligando (factor de crecimiento de fibroblastos (FGF)) [23].

    En ausencia de ligandos afines, los RTK se mantienen en un estado inactivo por mecanismos autoinhibidores. Se han descrito dos mecanismos autoinhibidores diferentes para diferentes familias de RTK. El TKD de los RTK contiene tres elementos esenciales, el lóbulo N, el lóbulo C y el bucle de activación [24]. En el mecanismo autoinhibidor mediado por el bucle de activación, el bucle de activación hace contacto físico con el sitio activo de la TKD. Un residuo de tirosina crítico en el circuito de activación se fosforila y la actividad de tirosina quinasa se autoinhibe en cis [25]. En el otro mecanismo, las secuencias de yuxtamembrana hacen un contacto extenso con el sitio activo del TKD y este último se detiene en una conformación inactiva autoinhibida [26, 27, 28]. La unión del ligando induce cambios conformacionales favorables que eliminan las autoinhibiciones que siguen a la dimerización del receptor. Los RTK activados pueden reclutar muchas moléculas efectoras aguas abajo. Estas moléculas contienen dominios SH2 o PTB que se unen a residuos de fosfotirosina en RTK [29]. Estas proteínas pueden interactuar directamente con las RTK activadas o pueden interactuar con otras proteínas de acoplamiento que son tirosina fosforiladas por las RTK. Algunas de las proteínas de acoplamiento bien conocidas que orquestan la formación de grandes complejos de proteínas aguas abajo de la activación de RTK son el sustrato 2 del receptor de FGF (FRS2), el sustrato del receptor de insulina 1 (IRS1) y el aglutinante 1 asociado a Grb2 (Gab1). Algunas de las proteínas de acoplamiento tienen especificidad en términos de las clases de RTK a las que se unen, mientras que otras proteínas de acoplamiento se unen a miembros de RTK de diferentes familias. Un solo RTK puede unirse a diferentes ligandos. EGFR se une a siete ligandos diferentes [30]. La fuerza de interacción con RTK varía para estas diferentes moléculas de ligando. Los atributos de la conformación activa del receptor dimerizado difieren mucho para diferentes ligandos. Diferentes conformaciones de dímeros activos de RTK activan diferentes cascadas de señalización aguas abajo [31]. Los reordenamientos y mutaciones genéticas confieren ciertas características estructurales a las RTK que dan como resultado la dimerización y activación del receptor independiente del ligando. La activación aberrante de RTK por tales medios puede conducir a una fisiopatología diferente. Los reordenamientos de genes pueden conducir a una espiral enrollada anormal y conformaciones de cremallera de leucina del dominio extracelular que inducen la asociación de RTK independiente del ligando. Las mutaciones que dan lugar a residuos de cisteína en el dominio extracelular también pueden inducir la asociación permanente de dos monómeros RTK [32]. Las mutaciones del dominio transmembrana también pueden dar lugar a una dimerización constitutiva de las RTK que conducen a determinadas fisiopatologías [33]. Además de la clasificación descrita anteriormente, los RTK también se han categorizado en función de la similitud del patrón de señalización y expresión aguas abajo en los tejidos.Tres de estas clases son (1) EGFR / FGFR1 / c-Met, (2) IGF-1R / NTRK2 y (3) PDGFRβ [34].

    Células madre del cáncer de mama y resistencia a los medicamentos

    A pesar del advenimiento de nuevas vías terapéuticas, la recaída del tumor sigue siendo un desafío mayor en el tratamiento del cáncer de mama. Hay varias razones para la recurrencia del tumor, incluidas las células madre del cáncer de mama (BCSC) que residen en el tumor primario y en los sitios metastásicos. Las CSC son una subpoblación de células tumorales que tienen el potencial de autorrenovarse e impulsar la tumorigénesis. Las BCSC se caracterizan por la expresión de marcadores específicos de la superficie celular, incluidos EpCAM + / CD24 - / CD44 + [35]. Además, se ha informado de que las CSC también expresan un alto nivel de aldehído deshidrogenasa (ALDH) y se asocia con un resultado clínico deficiente [36]. Sin embargo, un estudio reciente sugiere que las CSC de EpCAM + / CD24 - / CD44 + son anatómicamente distintas de las CSC de ALDH + ve. El perfil molecular de las CSC de EpCAM + / CD24 - / CD44 + y ALDH + ve reveló que las subpoblaciones anteriores exhiben un fenotipo de transición epitelial a mesenquimal (EMT) inactivo, mientras que las CSC de ALDH + ve muestran un fenotipo epitelial con capacidad de autorrenovación [37] . El microambiente tumoral está formado por fibroblastos asociados al cáncer (CAF), macrófagos asociados al tumor (TAM), células madre mesenquimales (MSC) y otras células inmunes y vasculares que participan en el mantenimiento de las CSC en el cáncer de mama [11, 38]. La señalización de RTK en células tumorales y estromales desempeña un papel fundamental en la regulación de los fenotipos de CSC tanto CD24 - como CD44 + y ALDH + ve. Las CSC exhiben un gran impacto en la terapia del cáncer, ya que muestran resistencia a las quimioterapias convencionales al expresar genes de resistencia a múltiples fármacos (MDR). La fracción de células tumorales CD44 + / CD24 - aumenta en pacientes con cáncer de mama tras la administración de quimioterapia neoadyuvante [39]. Además, la quimioterapia basada en paclitaxel y epirrubicina se asocia con el enriquecimiento de células ALDH + ve en los tumores de mama [40]. La expresión alterada / desregulación de RTK se asocia con el fenotipo BCSC y la resistencia a los fármacos. Varios informes sugieren que el tratamiento del cáncer de mama con terapias basadas en RTK revierte la resistencia a múltiples fármacos [41,42,43]. El papel de la señalización de RTK en la regulación del fenotipo de CSC y la resistencia a los fármacos se ha discutido más a fondo.

    Papel de la señalización del receptor de tirosina quinasa (RTK) en la progresión del cáncer de mama

    EGFR: un regulador clave del fenotipo de las células madre del cáncer y la metástasis en el cáncer de mama inflamatorio

    El EGFR se sobreexpresa en los tejidos del cáncer de mama y se asocia con una mayor agresividad y malos resultados clínicos [44, 45]. El EGFR es un RTK clásico y sufre homo o heterodimerización y trans-autofosforilación al unirse al ligando. Los EGFR poseen siete ligandos afines diferentes que incluyen EGF, TGFα, betacelulina (BTC), EGF de unión a heparina, anfirregulina (AREG), epirregulina y epigen. La familia EGFR consta de EGFR1 (EGFR, HER1, c-erbB1), HER2 (EGFR2, c-erbB2), EGFR3 (c-erbB3, HER3) y EGFR4 (c-erbB4, HER4) [46, 47]. Witton y col. han examinado la expresión de EGFR1, HER2, EGFR3 y EGFR4 usando inmunohistoquímica en 220 pacientes con cáncer de mama y han encontrado sobreexpresión de EGFR1 en 16,4%, HER2 en 22,8%, EGFR3 en 17,5% y EGFR4 en 11,9% de los tejidos de cáncer de mama. Las expresiones aumentadas de EGFR1, HER2 o EGFR3 se asociaron con una supervivencia reducida, mientras que el nivel elevado de EGFR4 se relacionó con una mejor supervivencia de los pacientes con cáncer de mama. También se ha informado de que el aumento de la expresión de EGFR1, HER2 y EGFR3 se combinó con una expresión reducida del receptor de estrógeno (RE) [48]. Al unirse al ligando, EGFR activa varias moléculas de señalización aguas abajo, incluidas Ras, PI3K, fosfolipasa C-γ (PLC-γ) y JAK, lo que conduce a la supervivencia celular, el crecimiento celular y la progresión del tumor (Fig. 2) [6, 49, 50]. Varios estudios encontraron que la expresión de ER se correlaciona inversamente con EGFR o el fenotipo de células madre cancerosas y eso está bien respaldado por los datos que indican una mayor expresión de EGFR y presencia de población de células madre en TNBC que carecen de expresión de ER [51]. Para investigar si EGFR regula el tallo en el cáncer de mama, Wise et al. han estudiado el enriquecimiento de células madre cancerosas bajo activación de EGFR. Encontraron que la activación de EGFR dependiente de metaloproteinasas enriquece las células madre CD44 + / CD24 - en TNBC a través de la vía MAPK / ERK (Fig. 2) [6]. El cáncer de mama inflamatorio (CMI) (especialmente el cáncer de mama inflamatorio) es una forma más letal y agresiva de cáncer de mama que se caracteriza por el enriquecimiento de células madre cancerosas quimio-resistentes y radio-resistentes [52, 53]. Varios informes sugieren que la señalización de EGFR es importante para la patogénesis y progresión de IBC [54, 55]. La activación de NF-κB en IBC conduce a la regulación a la baja del ER y la sobreexpresión de EGFR y / o ErbB2 y la hiperactivación de MAPK. La firma MAPK distingue mejor el IBC de los tumores no IBC que la estratificación basada en ER (54). Wang y col. han identificado que la señalización nodal regulada por el eje EGFR / ciclooxigenasa-2 (COX-2) promueve el fenotipo CSC y aumenta la capacidad de invasión de las células IBC a través de la inducción de EMT (Fig. 2) [55]. El programa de EMT inducido por TGF-β aumenta la expresión de RTK como EGFR e IGF-1R que forman complejos citoplasmáticos con ER-α y Src que conducen a la resistencia a los antiestrógenos en el cáncer de mama [56]. Syndecan-1 (CD138) se sobreexpresa y se asocia con la proliferación e invasión celular, y surgió como un importante objetivo farmacológico en IBC. Ibrahim y col. han establecido la relación entre Syndecan-1 y EGFR en la regulación del fenotipo de células madre cancerosas en TNBC inflamatorio. Sus estudios revelaron que Syndecan-1 regula la expresión de EGFR a través de la activación de la señalización Notch. La diafonía Syndecan-1 / Notch / EGFR modula la interleucina-6 (IL-6), gp130 y otras expresiones de citocinas inflamatorias, por lo que promueve la formación de colonias y la expresión de marcadores de células madre a través de la activación de NFκB mediada por Akt (Fig. 2) [9].

    Señalización regulada por RTK en la progresión del cáncer de mama. VEGFR activa la vía de señalización JAK / STAT para inducir el fenotipo de células madre cancerosas a través de la expresión de Myc y Sox2. La p53 mutante induce la expresión de VEGFR a través de la interacción con el complejo SWI / SNF. La señalización regulada por EGFR también juega un papel fundamental en la angiogénesis y la metástasis. EGFR regula la activación de la vía de señalización JAK / STAT y MAPK para inducir la expresión de Sox2 y otros marcadores de células madre que conducen al enriquecimiento de las células madre cancerosas. EGFR induce la fosforilación de Akt para promover la inflamación. El PDGFR se expresa en células estromales como los fibroblastos y es un marcador de la activación de los fibroblastos. La activación de STAT regulada por PDGFR participa en la regulación de la diferenciación mediada por miR-9 de células cancerosas a células endoteliales que conducen a la angiogénesis. La vía MAPK activada por FGFR induce el fenotipo EMT y CSC. La cooperación entre el FGFR y HER2 regula la translocación nuclear de la ciclina D1, lo que conduce a una mayor proliferación de células cancerosas.

    La autofagia exhibe un papel de doble filo en la progresión del tumor según el contexto de un tumor. Un estudio reciente ha revelado que la autofagia regula el enriquecimiento de células madre cancerosas ALDH + ve a través de la señalización EGFR / Stat3 en el cáncer mamario murino PyMT (Fig. 2) [57]. El estroma tumoral también induce el fenotipo de las células madre cancerosas al interactuar con el EGFR que está presente en las células cancerosas a través de diferentes agentes moleculares posteriores [58]. En una línea similar de evidencia, Yang et al. han informado que la activación de EGFR en células cancerosas por TAM conduce a la expresión de Sox2 mediada por Stat3 que resultó en un aumento de la población de células madre cancerosas y metástasis en modelos murinos de cáncer de mama (Fig. 2) [59].

    VEGFR: ganglios maestros en metástasis regulada por VEGF, angiogénesis tumoral y linfangiogénesis

    Varios estudios establecieron que la angiogénesis es indispensable para la progresión del tumor de mama. Los VEGF son potentes factores proangiogénicos que se unen a tres tipos diferentes de VEGFR, VEGFR1 (Flt1), VEGFR2 (KDR u homólogo murino, Flk1). Los VEGFR se expresan en células cancerosas, endoteliales y otras células estromales. Los VEGFR son RTK típicos que contienen un dominio extracelular para la unión del ligando, un dominio transmembrana y un dominio citoplasmático que incluye un dominio tirosina quinasa (TKD) [38]. VEGF-A se une a VEGFR1 y VEGFR2 para inducir la angiogénesis tumoral, mientras que VEGF-C y D interactúan con VEGFR3 para promover la linfangiogénesis en diferentes tipos de cáncer [38, 60]. Sin embargo, Laakkonen et al. han informado de que la señalización de VEGFR3 regulada por VEGF-C y VEGF-D induce la angiogénesis tumoral [61]. Chakraborty y col. han demostrado que la osteopontina (OPN) aumenta la expresión de VEGF-A en células de cáncer de mama e induce el crecimiento tumoral y la angiogénesis mediante la regulación de la señalización de VEGF / VEGFR autocrina, paracrina y yuxtacrina en células cancerosas y endoteliales [62]. Srabovic y col. han informado de que la expresión de VEGFR1 aumenta significativamente en los tejidos tumorales de mama en comparación con los tumores benignos o los tejidos circundantes sanos, independientemente del estado de metástasis en los ganglios linfáticos [63]. Kosaka y col. han identificado niveles elevados de ARNm de VEGFR1 en sangre periférica de pacientes con cáncer de mama y que se asocia con metástasis y recurrencia del cáncer y podría utilizarse para el pronóstico del cáncer de mama con enfermedades de tipo basal y luminal [64]. En un estudio reciente, Kapahi et al. han revelado que el polimorfismo VEGFR1-710C / T se asocia con un mayor riesgo de cáncer de mama en la población del norte de la India [65]. Ning y col. han revelado que la activación de VEGFR1 induce la EMT de las células cancerosas promoviendo así la invasión y la metástasis en modelos de cáncer de mama [66]. La evidencia acumulada sugiere que los macrófagos infiltrados en el microambiente tumoral promueven la progresión maligna y mejoran la metástasis [11, 67]. Un informe reciente ha sugerido que la señalización de VEGFR1 regula la tumorigénesis inducida por obesidad. La ablación de VEGF1 en animales obesos redujo el crecimiento del cáncer de mama y la metástasis pulmonar al disminuir la polarización de los macrófagos M2 y afectar el metabolismo de la glucosa (Fig. 2) [67]. Una evidencia reciente sugiere que los macrófagos asociados a metástasis (MAM) de Flt1 + ve, un subconjunto de TAM, están enriquecidos en el cáncer de mama metastásico en comparación con los tumores primarios. La señalización de Flt1 en MAM regula un conjunto de genes inflamatorios imprescindibles para la supervivencia de las células cancerosas después de la siembra metastásica. Además, las células mieloides VEGFR1 + ve circulantes participan en la formación de nichos premetastásicos [8, 68]. Los TAM polarizados CYP4A estimulan la formación de nichos premetastásicos y la metástasis en los pulmones mediante la movilización y el reclutamiento de células mieloides VEGFR1 + ve (fig. 2) [68]. VEGR-2 es un regulador clave de la angiogénesis y se sobreexpresa en los tejidos del cáncer de mama [69]. Pfister y col. han estudiado la activación de la expresión del gen VEGFR2 por p53 mutante en cáncer de mama triple negativo. En este estudio, han demostrado que p53 mutante interactúa con SWI / SNF y recluta al promotor de VEGFR2 donde este complejo remodela el promotor de VEGFR2 e induce la transcripción que conduce a la progresión del tumor de mama mediada por VEGFR. Estos resultados indican que la ganancia de función de la p53 mutante está mediada por la activación de la expresión de VEGFR2 (Fig. 2) [70]. Las evidencias colectivas sugieren que VEGFR2 exhibe un papel destacado en la metástasis del cáncer de mama. Sin embargo, el papel de VEGFR2 en la invasión y migración de células cancerosas depende del contexto. En el microambiente del tumor de mama, la hipoxia induce la formación del complejo de integrina c-Met / β1 que da como resultado un mayor potencial de invasión y migración de las células cancerosas. Sin embargo, VEGFR2 activado por VEGF se une directamente con c-Met y la integrina β1 para prevenir la formación de complejos, lo que conduce al secuestro de la integrina c-Met y β1 [71]. Zhao et al. han descubierto que VEGF impulsa la expresión de VEGFR2 y posteriormente activa la expresión de Myc y Sox2 mediada por señalización de JAK2 / STAT3. VEGF / VEGFR2 bucle autocrino establecido en el eje que consta de STAT3, Myc y Sox2 que implican en la mejora del fenotipo de células madre cancerosas en TNBC (Fig. 2) [10]. sin embargo, Las CSC son responsables de la metástasis de las células cancerosas, la resistencia a los medicamentos y la recaída del tumor; la perturbación del eje VEGFR2 / STAT3 / Myc / Sox2 podría ser útil para superar la quimioresistencia en el cáncer de mama triple negativo.

    La linfangiogénesis, la formación de un nuevo vaso linfático, juega un papel importante en la diseminación de las células cancerosas y la metástasis a distancia. Por tanto, se ha demostrado que la linfangiogénesis es un objetivo prometedor para el tratamiento del cáncer de mama. Sin embargo, la falta de disponibilidad de marcadores específicos para estudiar los vasos linfáticos y la metástasis linfógena retrasa el desarrollo de la terapia anti-linfangiogénica para el tratamiento de diferentes tipos de cáncer [72]. VEGFR3 es un RTK expresado en células endoteliales linfáticas (LEC) y juega un papel clave en la linfangiogénesis [20]. Un estudio reciente sugirió que el eje de quimiocinas CCL21 / CCR7 expresado en las células de cáncer de mama interactúa con el VEGFR3 presente en las LEC para inducir el reclutamiento vascular linfático dependiente del tumor y, por lo tanto, la linfangiogénesis en el cáncer de mama [73]. La linfangiogénesis también es imprescindible para la metástasis en el cáncer de mama posparto. Informes recientes sugieren que COX-2 induce la expresión de VEGFR3 y la linfangiogénesis a través del eje VEGF-C / VEGFR3 para promover la metástasis ganglionar del cáncer de mama posparto [74, 75]. VEGFR3 es indispensable para la diafonía mediada por galectina-8 que implica las vías de VEGF-C, podoplanina e integrina que conducen a la linfangiogénesis en el cáncer de mama [76]. Con base en los hallazgos anteriores, la focalización en la linfangiogénesis mediante la terapia anti-VEGFR3 podría ser útil para prevenir la metástasis de células tumorales y aumentar la supervivencia de los pacientes con cáncer de mama.

    PDGFR: papel prometedor en la interacción tumor-estroma en el carcinoma de mama

    Los PDGFR son RTK de tipo III que se expresan en gran medida en el tumor de mama y en las células del estroma. La familia PDGFR consta de PDGFR-α y β y ambos muestran funciones similares. PDGFR-α y β son estructuralmente similares y contienen un dominio extracelular que consta de cinco pliegues similares a inmunoglobulina (Ig) y dominios intracelulares que exhiben actividad quinasa y consta de 100 residuos de aminoácidos diferentes a otros RTK. Los PDGF se unen principalmente a los dominios 2 y 3 de tipo Ig e inducen la homo o heterodimerización de los receptores. Además, estos receptores se estabilizan aún más mediante interacciones directas receptor-receptor a través del dominio 4 similar a Ig después de la dimerización [77]. La actividad aberrante de los PDGFR en diferentes tipos de cáncer, incluida la mama, impulsa la tumorigénesis. Varios estudios informaron que la expresión de PDGFR se asocia con un mal pronóstico de los pacientes con cáncer de mama y tiene potencial pronóstico y predictivo [78,79,80]. Se sabe que el PDGFR regula varias redes de señalización descendentes, incluido Stat3, para apoyar el inicio y la progresión del tumor de mama [72]. Park y col. han informado de que la activación de STAT3 inducida por AF1q mejora la proliferación de células de cáncer de mama, la angiogénesis y la metástasis a través de la cascada de señalización de PDGFR / Src [7]. Además de regular directamente las células cancerosas, los PDGFR también se expresan en el estroma desmoplásico reactivo que muestra su posible papel en la interacción tumor-estroma. Bhardwaj y col. han descubierto que el PDGFR se expresa mediante miofibroblastos positivos para α-SMA (fibroblastos asociados al cáncer, CAF) y células endoteliales en el estroma periepitelial de los tejidos del cáncer de mama (Fig. 2) [79]. Paulsson y col. han examinado el papel pronóstico de la expresión de PDGFR-β estromal utilizando microarrays de tejido (TMA) de cáncer de mama. Sus hallazgos sugirieron que el estroma PDGFR-β exhibe una importancia pronóstica más prominente en el subconjunto de tumores de mama. También encontraron que una mayor expresión de PDGFR se asocia con una reducción de ER y PR y una mayor expresión de HER2, así como una mayor tasa de proliferación y tamaño del tumor [80]. En una línea similar de evidencia, Pinto et al. han demostrado que el estroma maligno induce la proliferación de células de cáncer de mama luminal y la angiogénesis en condiciones libres de estrógenos a través de la cascada de señalización de PDGFR [81]. Estos resultados indican el papel principal de PDGFR en la progresión del cáncer de mama en ausencia de señalización ER. Esta noción está respaldada por el hecho de que el PDGFR induce la diferenciación endotelial de las células TNBC utilizando in vitro formación de tubos y en vivo modelos de xenoinjerto. Además, D'Ippolito et al. han delineado el mecanismo molecular por el cual PDGFR regula la diferenciación endotelial de células tumorales en TNBC. La expresión de miR-9 inducida por PDGFR promueve las propiedades vasculogénicas al dirigirse a STARD13 y regular a la baja miR-200 en TNBC (Fig. 2) [13]. Estos resultados indican que dirigirse a PDGF / PDGFR en el microambiente tumoral podrían ser los enfoques terapéuticos prometedores para el tratamiento de TNBC.

    FGFR: expresado de forma aberrante en el cáncer de mama e implicaciones en la terapia dirigida

    Los miembros de la familia FGFR (FGFR1, FGFR2, FGFR3 y FGFR4) están compuestos por un dominio de unión a ligando extracelular, un dominio transmembrana y un dominio de tirosina quinasa (TK) intracelular. El dominio extracelular tiene tres dominios similares a Ig (IgI-III). La unión de FGF a FGFR conduce a la dimerización y la activación subsiguiente del dominio quinasa intracelular, lo que da como resultado la fosforilación cruzada de residuos de tirosina presentes en la cola citoplasmática del receptor [82]. Las rutas Ras / MAPK y PI3K / Akt se activan corriente abajo de estos receptores tras la estimulación del ligando. Se sabe que estas vías se activan de forma aberrante en el cáncer de mama y están implicadas en la supervivencia, proliferación, apoptosis y migración celular [83, 84]. Los FGFR albergan aberraciones genéticas tales como amplificaciones de FGFR1, FGFR2 y FGFR4 y mutaciones en los genes FGFR2 y FGFR4 en el cáncer de mama [84,85,86,87]. El carcinoma de mama lobulillar metastásico que muestra una respuesta deficiente a la quimioterapia demuestra una amplificación del gen FGFR1 con implicaciones en la terapia dirigida [86]. Formisano y col. han demostrado que el cáncer de mama ER + muestra amplificación de FGFR1. Descubrieron que FGFR se asocia con ERα en núcleos de células de cáncer de mama y regula genes dependientes de ER en presencia de privación de estrógenos. Además del cáncer de mama ER +, la amplificación del gen FGFR1 se correlacionó con un mal pronóstico en el cáncer de mama HER2- [88]. Además, la elevación de FGFR regula la remodelación del estroma tumoral y la recidiva tumoral en el cáncer de mama impulsado por FGFR1 [2]. Por lo tanto, los estudios con terapias combinacionales dirigidas a FGFR1 y otros RTK mostraron mejores resultados en el tratamiento del cáncer en comparación con el objetivo de un único RTK. Los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) en FGFR2 se han asociado con un mayor riesgo de cáncer de mama ER + y PR + [89]. Cerliani y col. han observado que la interacción de FGFR2 con progesterona y STAT5 en el tumor de mama resultó en un aumento de la transcripción de genes regulados por PR / STAT5 [90]. Se observó una asociación de la expresión de FGFR2 y FGFR3 con ER + progresión del cáncer de mama [91]. Aunque no se ha estudiado bien el papel del FGFR3 en la progresión del cáncer de mama, se sabe que las variantes de empalme de FGFR3 se localizan en el núcleo de las células cancerosas del epitelio de mama [92]. Koziczak y col. han demostrado que FGFR4 y ErbB2 regulan cooperativamente la expresión de ciclina D1 para promover la proliferación celular en el cáncer de mama [93]. El bucle de retroalimentación positiva Twist1 mediado por ERK1 / 2- regulado por señalización de FGFR estabiliza un fenotipo CD44 de alta resistencia a fármacos después de la inhibición de ErbB (figura 2) [94].Con base en los hallazgos anteriores, está claro que los FGFR están vinculados mecánicamente a las funciones de otros RTK y la resistencia a los medicamentos y pueden ser un objetivo potencial para el tratamiento del cáncer de mama.

    Papel de los miRNA y lncRNA en la regulación de la señalización RTK

    En los últimos años, varios estudios han informado del papel de los microARN (miARN) y los ARN largos no codificantes (lncRNA) en la regulación de la expresión de componentes de diferentes vías de señalización de RTK. Tan y col. han demostrado que el nivel de ErbB2 en el cáncer de mama ER + resistente al tamoxifeno está estrechamente regulado por la interacción entre miR-26a / by el antígeno humano R (HuR) (Fig. 2) [95]. miR-34a y miR-155 también regulan la expresión de ErbB2 en el nivel postranscripcional (Fig. 2) [96, 97]. miR-24 se dirige a dos reguladores (no receptor de tirosina-proteína fosfatasa tipo 9 (PTPN9) y receptor tipo tirosina proteína fosfatasa F (PTPRF)) de la activación del EGFR, promoviendo así la metástasis del cáncer de mama [98]. El EGFR es un objetivo directo del miR-206 en el cáncer de mama y este último se induce en el cáncer de mama con deficiencia de factor nuclear (derivado de eritroide 2) similar a 2 (NRF2) [99]. En el cáncer de mama humano, el miR675 derivado de lncRNA de H19 se dirige a c-Cbl y Cbl-b, ubiquitina ligasas E3 que se sabe que degradan el EGFR y c-MET, por lo que aumenta la estabilidad de este último [100]. lncRNA CYTOR regula la progresión del cáncer de mama a través de la vía dependiente de EGFR [101]. Otro lncRNA, BCAR4, mejora la actividad de los receptores ErbB2 / 3 [102]. El papel de diferentes miARN e lnRNA en la regulación de los componentes de señalización de RTK se enumeran en la Tabla 1.

    Papel de la señalización RTK en la resistencia a los fármacos

    La terapia endocrina es el tratamiento que bloquea específicamente la función de la señalización del RE utilizando antagonistas (tamoxifeno, fulvestrant) o privación de estrógenos [103]. Casi el 20% de los pacientes adquiere resistencia a la terapia dirigida a RE mediante la activación de vías de señalización de escape para superar la dependencia de estrógenos [104]. La sobreexpresión o activación de RTK como EGFR, HER2 e IGF1R conduce a la regulación a la baja de ER y resistencia al tamoxifeno a través de la activación de las vías PI3K / Akt y MAPK (Fig. 3) [105, 106]. El eje EGFR / MAPK promueve la fosforilación del dominio AF-1 del RE para mejorar la activación de la señalización del RE independiente del ligando [106, 107]. La activación de la señalización EGFR / ErbB2 en células de cáncer de mama ER + resistentes al tamoxifeno induce un fenotipo de células madre altamente agresivo en estas células [108,109,110]. La inhibición de la señalización de EGFR utilizando erlotinib reduce considerablemente la raíz del cáncer e invierte la resistencia endocrina al inducir la expresión de ER [111]. Además, la amplificación de HER2 en el cáncer de mama resistente al RE se correlaciona con la población de células madre ALDH + [108]. La población de CSC expresa un nivel muy alto de ARNm y proteína de HER2 en comparación con la población sin CSC en pacientes con resistencia endocrina. Una mayor activación de EGFR / HER2 podría ser la fuerza impulsora en el enriquecimiento de la población de CSC en el cáncer de mama resistente al tamoxifeno [36, 108]. La asociación de la expresión de HER2 con la resistencia a ER se ha explicado en varios informes. Los estudios de secuenciación del exoma completo revelaron 13 mutaciones en diferentes dominios de HER2 en pacientes con cáncer de mama metastásico endócrino resistente ER + [112]. Estas mutaciones producen diferentes niveles de resistencia al tamoxifeno y al fulvestrant en las líneas celulares de cáncer de mama ER +. Además, los cofactores ER, HOXB3 y HOXB7 se sobreexpresan en células de cáncer de mama resistentes al tamoxifeno y mejoran el fenotipo de CSC. La represión transcripcional mediada por Myc de miR-375 y miR-196a mejora la expresión de HOXB3 y HOXB7 respectivamente [113, 114]. La proteína de unión al retinoblastoma 2 (RBP2), un corregulador de ER se sobreexpresa en pacientes con cáncer de mama resistente al tamoxifeno y aumenta la estabilidad de RTK como EGFR y HER2. Además, el complejo RBP2-ER-NRIP1-HDAC1 activa IGF1R a través de la represión transcripcional de IGFBP4 y 5 [115]. Otro coactivador transcripcional ER, la subunidad mediadora 1 (MED1) se sobreexpresa en las células tumorales circulantes y los tejidos del tumor de mama primario después del tratamiento con tamoxifeno que conduce a la resistencia al ER mediada por HER2. La fosforilación de MED1 mediada por HER2 recluta los correpresores transcripcionales como HDAC1, N-CoR y SMART en el promotor de los genes regulados por ER en células resistentes al tamoxifeno HER + [116, 117].

    Señalización RTK en farmacorresistencia. a Los agentes quimioterapéuticos convencionales reducen la progresión del cáncer mediante la inhibición del eje de señalización MAPK / PI3K / Akt. La amplificación y sobreexpresión de RTK, incluidos EGFR, HER2 y PDGFR, refuerzan la activación del eje PI3K / Akt / YB-1 / RTK para mantener la resistencia a los medicamentos, aumenta la actividad de la quinasa y, por lo tanto, conduce a la progresión del cáncer, la salida de los medicamentos y la raíz del cáncer. B Las células cancerosas exhiben resistencia a la terapia RTK debido a la interrupción de la interacción entre el fármaco y el receptor o la activación de la señalización RTK alternativa

    Además de la terapia endocrina, también se encuentran disponibles otros tipos de tratamiento como cirugía, radioterapia y fármacos citotóxicos para el cáncer de mama. Principalmente, las antraciclinas (agentes que dañan el ADN) y los taxanos (agentes estabilizadores de microtúbulos) se utilizan ampliamente para el cáncer de mama como terapias adyuvantes o neoadyuvantes [118]. Sin embargo, la resistencia a los fármacos citotóxicos contra el cáncer es el principal inconveniente del tratamiento del cáncer. La resistencia a múltiples fármacos se asocia principalmente con la raíz del cáncer y la salida del fármaco impulsada por diversas señales de supervivencia [119]. Es importante destacar que los RTK son reguladores clave de la madre del cáncer y están asociados con la resistencia a los medicamentos en las células del cáncer de mama. En general, varios RTK activan la señalización de PI3K / Akt para inducir la expresión de factores de origen del cáncer, proteínas asociadas a la resistencia a múltiples fármacos y transportadores de membrana en las células cancerosas. La evidencia acumulada sugiere claramente que la regulación al alza de los RTK, incluidos EGFR, HER2, VEGFR e IGF-1R en el curso de la quimioterapia, se asocia con la sobreexpresión / activación de los transportadores de eflujo del fármaco [41, 42]. Jin y col. han demostrado la fuerte correlación positiva entre la expresión de p-glicoproteína y EGFR con la supervivencia global y libre de enfermedad [43]. Además, se detectan mayores expresiones de EGFR y HER2 en células MCF7 resistentes a doxorrubicina en comparación con las células MCF7 sensibles a doxorrubicina. La sobreexpresión de HER2 también induce resistencia a diversos agentes quimioterapéuticos como taxano, ciclofosfamida, metotrexato, epirrubicina en el cáncer de mama [120]. Además, las células tumorales circulantes (CTC) que expresan HER2 muestran menos sensibilidad a los diversos agentes quimioterapéuticos, incluidos la doxorrubicina, el docetaxel y el 5-fluorouracilo, en comparación con las CTC negativas para HER [121]. La sobreexpresión de RTK se correlaciona con la expresión de factores de transcripción relacionados con la resistencia a los fármacos en el cáncer de mama. YB-1 es un regulador transcripcional / traduccional y se sobreexpresa en células madre cancerosas. La localización nuclear de YB-1 se informa en pacientes con recaída del cáncer y resistentes a fármacos independientemente del estado de ER y HER2. PI3K / Akt regulado por RTK fosforila YB-1 en Ser-102 para facilitar la localización nuclear. Además, el YB-1 nuclear se une a la región promotora específica y activa transcripcionalmente la expresión de RTK, incluidos EGFR, HER2 y VEGFR. La alteración en el bucle de autorrefuerzo de YB-1 / RTK reduce significativamente el tallo del cáncer y la salida del fármaco en las células del cáncer de mama [122]. Además, YB-1 aumenta transcripcionalmente la expresión de p-glicoproteínas (MDR-1 y MDR-3) y provoca la multirresistencia en el cáncer de mama (Fig. 3) [123, 124]. Se sabe que los TAM influyen en el mantenimiento de un microambiente adecuado para las células madre del cáncer y en la resistencia sostenida a los fármacos en el cáncer de mama. Los TAM producen el nivel más alto de citocinas, TGFα, EGF, FGF y VEGF en el microambiente tumoral. Los niveles más altos de estos ligandos activan la señalización de RTK en el cáncer de mama, así como en los macrófagos [125]. Se encontró una fuerte correlación entre la expresión de EGFR y los macrófagos CD163 + en pacientes con cáncer de mama resistentes al tamoxifeno [126]. Además, los TAM regulan positivamente los genes asociados con la madre del cáncer junto con un aumento de la salida de fármacos y la quimiorresistencia en el modelo de cáncer de mama preclínico [127].

    Terapias contra el cáncer dirigidas al receptor de tirosina quinasa (RTK)

    El cáncer de mama es una enfermedad heterogénea que se ha caracterizado molecularmente en cinco subtipos según la expresión de ER, PR y HER2. Estos subtipos consisten en Luminal A (grado bajo, ER + / PR +, HER2-, Ki67 bajo), Luminal B (ER + / PR +, HER2 + o HER2-, Ki67 alto), TNBC o de tipo basal (ER- / PR- y HER2 -), cáncer de mama de tipo normal y enriquecido con HER2 [128]. Para el cáncer de mama con receptor hormonal positivo (luminal A y B), la terapia hormonal consiste en moduladores selectivos del receptor de estrógeno (tamoxifeno y raloxifeno) que se utiliza de forma rutinaria como terapia adyuvante [129]. Dado que el cáncer de mama TNBC o basal y enriquecido con HER no expresa receptores hormonales, la terapia hormonal no es eficaz en estos subtipos. Sin embargo, debido a la expresión prominente de RTK en subtipos enriquecidos con TNBC y HER2, el bloqueo de las funciones de RTK es uno de los enfoques prometedores para el tratamiento del cáncer de mama enriquecido con TNBC y HER2. Hasta ahora, se han adoptado varias estrategias para la inhibición de la señalización dependiente de RTK. Las mutaciones o la sobreexpresión de los genes EGFR conducen a la progresión del tumor y la resistencia a los fármacos en varios tipos de cáncer, incluido el de mama [127]. Por lo tanto, EGFR tiene el potencial de ser un objetivo farmacológico atractivo en el cáncer de mama, y ​​los inhibidores de EGFR, incluidos los inhibidores de moléculas pequeñas y los anticuerpos monoclonales (mAb), se han desarrollado y algunos se utilizan actualmente en las clínicas. La sobreexpresión de HER2 se encuentra con frecuencia en el cáncer de mama. Se desarrollaron varios fármacos dirigidos a HER2 y actualmente se utilizan para el tratamiento del cáncer de mama.

    Trastuzumab (Herceptin) es un mAb humanizado que se dirige al dominio extracelular de HER2 en el cáncer de mama HER2 + y se ha informado que mejora la supervivencia de los pacientes en las etapas iniciales y tardías del cáncer de mama [130]. Sin embargo, no se conoce bien el mecanismo exacto a través del cual trastuzumab exhibe su efecto terapéutico. De et al. han informado de que trastuzumab inhibe la heterodimerización de HER2-HER3, que se sabe que ocurre de manera independiente del ligando en el cáncer de mama HER2 +. Varios informes también sugirieron que trastuzumab podría inducir la degradación de HER2, pero el mecanismo subyacente está inexplorado [131]. Aunque el tratamiento con trastuzumab mejora significativamente el resultado de la enfermedad, la resistencia al trastuzumab es una barrera importante para tratar el cáncer de mama HER2 positivo. Aproximadamente el 65% de las pacientes con cáncer de mama HER2 positivas no responden al tratamiento primario con trastuzumab. Además, la mayoría de los pacientes que originalmente responden bien a la terapia con trastuzumab muestran una recidiva tumoral más tarde [132, 133]. En 2013, la FDA aprobó un conjugado anticuerpo-fármaco T-DM1 o trastuzumab emtansina o ado trastuzumab emtansina (nombre comercial Kadcyla) para el tratamiento de pacientes con cáncer de mama metastásico HER positivo que han sido previamente tratadas con trastuzumab y un taxano. T-DM1 consiste en trastuzumab y el agente citotóxico emtansina (DM1) que destruye las células cancerosas al unirse a la tubulina [134]. Un ensayo aleatorio en 991 pacientes con cáncer de mama avanzado HER2 positivo mostró una mediana de supervivencia libre de progresión más alta en las pacientes tratadas con T-DM1 en comparación con las tratadas con lapatinib más capecitabina [135]. Sin embargo, un ensayo de fase III completado recientemente que utilizó trastuzumab más taxano, T-DM1 más placebo, T-DM1 o T-DM1 más regímenes de pertuzumab en dosis estándar en 1095 pacientes con cáncer de mama avanzado HER2 positivo. No se observó un aumento significativo en la supervivencia libre de progresión en los grupos de T-DM1 y T-DM1 más pertuzumab en comparación con trastuzumab más taxano, aunque los brazos que contenían T-DM1 mostraron una mejor tolerabilidad [136]. Pertuzumab (nombre comercial perjeta) es otro anticuerpo monoclonal contra HER2 que ha sido aprobado para terapia neoadyuvante o adyuvante del cáncer de mama avanzado HER2 positivo en combinación con trastuzumab y docetaxel. Los ensayos clínicos han demostrado que las pacientes con cáncer de mama administradas con una combinación de pertuzumab, trastuzumab y docetaxel tuvieron una supervivencia libre de progresión mejorada en comparación con el grupo de control [137, 138].

    Se sabe que el cáncer de mama de tipo basal o TNBC es negativo para HER2, y se ha demostrado que expresa EGFR en el 40% de los pacientes, de los cuales se informa que el 18% de los pacientes tiene el gen EGFR amplificado. Por lo tanto, EGFR es uno de los objetivos importantes para el cáncer de mama HER2 negativo, incluidos los TNBC. El lapatinib (Tykerb), un inhibidor de tirosina quinasa dual, se une al bolsillo de unión de ATP del dominio de quinasa EGFR y HER2 y bloquea la unión de ATP, lo que conduce a la inhibición de la actividad de quinasa EGFR y HER2. Se sabe que los inhibidores de la tirosina quinasa (TKI) se utilizan como un régimen terapéutico alternativo en pacientes con cáncer de mama HER2 + con resistencia a trastuzumab [139, 140]. Además, lapatinib se ha utilizado en combinación con otros fármacos contra el cáncer, capecitabina o letrozol. Estas terapias combinadas mostraron una mayor supervivencia libre de enfermedad en pacientes con cáncer de mama metastásico HER2 + [141, 142]. Se han realizado múltiples ensayos clínicos para evaluar la eficacia y toxicidad de los inhibidores de la tirosina quinasa solos o en combinación con otros fármacos en el cáncer de mama. Desafortunadamente, los resultados de estos ensayos hasta ahora han sido decepcionados. En la Tabla 2 se incluyen pocos ensayos y sus resultados. Los ensayos clínicos de fase II de gefitinib o erlotinib han mostrado una tasa de respuesta general (TRO) deficiente, mientras que los ensayos clínicos con gefitinib en combinación con epirubicina y ciclofosfamida no mostraron diferencias significativas en la respuesta patológica completa en RE- cáncer de mama negativo [142,143,144,145,146]. Además, afatinib, un EGFR TKI irreversible de segunda generación, no ha mostrado respuestas objetivas en un ensayo de fase II en pacientes con TNBC metastásico [147].

    Se han realizado seis ensayos clínicos con mAb anti-EGFR para explorar su eficacia y seguridad en pacientes con TNBC como se indica en la Tabla 2. Carey et al. han realizado un ensayo clínico en cáncer de mama recurrente avanzado metastásico para examinar la eficacia de cetuximab o cetuximab en combinación con carboplatino. Cetuximab en combinación con carboplatino demostró una mayor tasa de respuesta en comparación con carboplatino solo. Sin embargo, 13 de los 18 pacientes tratados mostraron una señalización EGFR activa que indica que cetuximab no pudo inhibir la vía EGFR [148]. Se ha informado una tasa de respuesta más alta en pacientes tratados con cisplatino-cetuximab (20%) en comparación con el grupo tratado con cisplatino (10%) en TNBC avanzado. Sin embargo, los resultados no fueron estadísticamente significativos [149]. De manera similar, Tredan realizó un ensayo de fase II de ixabepilona sola e ixabepilona más cetuximab en pacientes con TNBC avanzado / metastásico. et al. Este estudio no ha mostrado ninguna mejora en la tasa de respuesta [150]. Mientras tanto, el irinotecán y el cetuximab mostraron una mayor tasa de respuesta en los pacientes con TNBC en comparación con otros subtipos, sin embargo, los resultados no fueron estadísticamente significativos [151]. Se observó una respuesta modesta cuando los pacientes con TNBC operables fueron tratados con FEC estándar (5-fluorouracilo, epidoxorrubicina y ciclofosfamida) después de la quimioterapia preoperatoria consistente en panitumumab o cetuximab combinado con docetaxel [152, 153]. Se detectaron linfocitos de infiltración de tumores (TIL) más altos de CD8 + en el microambiente del tumor en respuesta a la terapia neoadyuvante de EGFR mAb. En general, el resultado de los ensayos clínicos de EGFR mAb en TNBC parece ser ligeramente mejor que el de EGFR TKI. En la Tabla 2 se enumeran varios ensayos que utilizan terapia anti-RTK y sus resultados [146, 154,155,156,157,158,159,160,161,162,163,164,165,166,167,168,169,170,171,172,173,174].

    Desafíos en la focalización de los RTK en el cáncer de mama: énfasis en los elementos compensatorios

    Se sabe que los fármacos terapéuticos dirigidos a RTK reducen la resistencia a múltiples fármacos y el fenotipo de CSC en las células de cáncer de mama. Sin embargo, las células cancerosas exhiben resistencia a los inhibidores de RTK en modelos clínicos y preclínicos. Por ejemplo, se sabe que las terapias dirigidas a HER2 (trastuzumab, pertuzumab, TDM1 y lapatinib) impiden la progresión del tumor primario y la recaída del cáncer, pero aún se observa resistencia a los medicamentos en aproximadamente el 80% de las pacientes con cáncer de mama metastásico con HER2 + [142]. De manera similar, muchos tipos de cáncer, incluido el de mama, a menudo adquieren resistencia a varios inhibidores de RTK, como los inhibidores de VEGFR (bevacizumab) [175], los inhibidores de EGFR (gefitinib) [176], los inhibidores de FGFR (AZD4547) [177]. Se han derivado varios mecanismos para describir la aparición de resistencia a los inhibidores de RTK. Varias mutaciones en RTK y sus objetivos posteriores y la activación de otros múltiples RTK son los principales elementos compensatorios que instigaron las vías de supervivencia y la resistencia a las terapias anti-RTK en el cáncer de mama. IGF1R, EGFR, AXL, VEGFR son otros miembros de RTK que comparten moléculas de señalización aguas abajo comunes como PI3K / Akt / mTOR y MAPK con HER2 en el cáncer de mama [178]. Además, IGF1R se sobreexpresa en el cáncer de mama HER2 + y forma un complejo heteromérico con HER2 y HER3 para activar la vía de señalización de PI3K. La formación de este complejo heteromérico con las proteínas de la familia HER se ha asociado con la resistencia a trastuzumab en pacientes con cáncer de mama metastásico HER2 + [179]. Se ha informado que la combinación de fármacos anti-HER2 con mAbs anti-IGF1R (metformina y figitumumab) produce efectos sinérgicos en las células del cáncer de mama. C-Met es el RTK, que se expresa con frecuencia en pacientes con cáncer de mama HER2 + y contribuye a la resistencia a trastuzumab. La regulación al alza de c-Met protege a las células cancerosas del trastuzumab mediante la anulación de la inducción de p27, mientras que la inhibición de c-Met sensibiliza a las células cancerosas al tratamiento con trastuzumab [180]. La fosforilación de EGFR mediada por c-Src en Tyr845, Tyr992 y Tyr1086 se asocia con resistencia a la terapia anti-EGFR en el cáncer de mama. La activación de c-Met durante el tratamiento con EGFR facilita la fosforilación asociada a c-Src quinasa y el crecimiento celular en células de cáncer de mama. Además, una combinación de inhibidores de moléculas pequeñas dirigidas a c-Met junto con un inhibidor de EGFR disminuye la fosforilación de EGFR y la actividad de la cinasa mediante la inhibición de la c-Src cinasa, por lo que reduce la resistencia a EGFR [181]. Se ha informado un aumento en el número de copias de FGF3 / 4/19 en tumores resistentes a lapatinib y trastuzamab. Una mayor expresión y fosforilación de FGFR se correlaciona con una reducción de la supervivencia libre de enfermedad y la resistencia a la terapia anti-HER2 en pacientes con cáncer de mama. La activación de FGFR estimula además la fosforilación de quinasas no receptoras como MAPK y PI3K / Akt mediante la activación de la fosfolipasa Cγ en el cáncer de mama resistente al tamoxifeno [182]. Las amplificaciones y mutaciones en genes diana descendentes dependientes de RTK (PI3KCA o Akt) evitan el papel de los RTK en su activación, de modo que producen una activación ininterrumpida de la señalización del crecimiento en las células de cáncer de mama. La mutación en PI3CA está fuertemente asociada con la sobreexpresión de ErbB2 y la metástasis en los ganglios linfáticos [183].

    El bevacizumab es el primer fármaco anti-VEGFR aprobado por la FDA de los EE. UU. Para el tratamiento del cáncer de mama, pero finalmente se suspende debido a la aparición de resistencia al mismo. La terapia anti-VEGFR induce hipoxia en el microambiente tumoral y conduce a un aumento de la agresividad del cáncer de mama.Bajo estímulos hipóxicos, las células del estroma secretan niveles muy altos de citocinas que activan vías angiogénicas alternas y aumentan la autofagia y el tallo del cáncer [175]. La efrina-A1 y B2 son factores proangiogénicos, importantes para la remodelación y maduración de nuevos vasos sanguíneos. La hipoxia media la regulación positiva de efrina y la expresión de efrinas está fuertemente asociada con la resistencia a la terapia con VEGFR. Varios factores proangiogénicos como angiopoyetina 2 (ANG-2), EGF, bFGF, factor de crecimiento de queratinocitos, IGF-1, TGF-β, TNF-α e interleucinas (IL-1, IL-8, IL-12 e IL-17 ) han sido implicados en la refractariedad tumoral asociada a hipoxia a la terapia anti-VEGFR [184]. La secreción de IL-17, G-CSF, IL-6 y SDF1 en el microambiente tumoral recluta células mieloides CD11b + Gr1 + al tumor y la angiogénesis independiente de VEGFR asociada a Bv8 confiere resistencia a la terapia anti-VEGFR. El agotamiento de la infiltración de células mieloides CD11b + Gr1 + por anticuerpos neutralizantes de Bv8 sensibiliza a las células cancerosas a la terapia dirigida a VEGFR [185].

    La interacción deficiente entre los agentes anti-RTK y su receptor respectivo es otra razón detrás del desarrollo de resistencia. Esto podría deberse a la mayor existencia de proteínas de enmascaramiento en las proximidades de los receptores, cambios estructurales en el receptor y falta de expresión del dominio objetivo. Mucina-4 y CD44 son las proteínas de la superficie celular sobreexpresadas en pacientes con cáncer de mama resistente a trastuzumab. La expresión de estas proteínas en las proximidades del epítopo HER2 enmascara la interacción entre trastuzumab y HER2 y aumenta el crecimiento del cáncer de mama [186, 187]. Por otro lado, la expresión de una versión truncada de HER2 anula la sensibilidad al trastuzumab en el cáncer de mama. p95 HER2 forma heterodímero con la proteína HER3 y activa la señalización aguas abajo de una manera independiente del ligando (Fig. 3) [188]. Eliyatkin et al. han demostrado que el 28% de los pacientes que desarrollan resistencia a trastuzumab tienen una mayor expresión de p95 HER2. Sin embargo, también se encuentra un bajo nivel de expresión de p95 HER2 en pacientes sensibles a trastuzumab [189]. Además, las mutaciones en HER2 podrían perturbar el reconocimiento de anticuerpos o la interacción física entre el fármaco y el receptor. La mutación T798M en HER2 mostró un aumento de la actividad autocatalítica y la expresión de ligandos de EGFR condujo a cambios de 10 veces en la CI50 de lapatinib en células de cáncer de mama humano. Además, el anticuerpo dirigido a EGFR, cetuximab o lapatinib revierte la resistencia a trastuzumab en estas células específicas de T798M [190]. Hanker y col. han demostrado que los pacientes con la mutación HER2 L869R adquieren una mutación secundaria en HER2 T798I como respuesta posterior al tratamiento con neratinib. Los estudios de modelos moleculares sugirieron que HER2 T798I ha aumentado el contenido de isoleucina en su estructura proteica y eso reduce la unión entre neratinib y HER2 [191].


    MiR-219-5p inhibe la vía del receptor tirosina quinasa al dirigirse al EGFR en el glioblastoma

    El glioblastoma es uno de los tipos comunes de tumores cerebrales primarios con una mediana de supervivencia de 12 a 15 meses. Se sabe que la vía del receptor tirosina quinasa (RTK) está desregulada en el 88% de los pacientes con glioblastoma. El 45% de los pacientes con GBM muestran amplificaciones y mutaciones activadoras en el gen EGFR que conducen a la regulación positiva de la vía. En el presente estudio, demostramos que un miARN específico del cerebro, miR-219-5p, reprimió el EGFR al unirse directamente a su 3'-UTR. La expresión de miR-219-5p se reguló negativamente en el glioblastoma y la sobreexpresión de miR-219-5p en las líneas celulares de glioma inhibió la proliferación, el crecimiento independiente del anclaje y la migración. Además, miR-219-5p inhibió las vías de MAPK y PI3K en líneas celulares de glioma de acuerdo con su capacidad para dirigirse a EGFR. El efecto inhibidor de miR-219-5p sobre las rutas de MAPK y PI3K y la migración de células de glioma podría ser rescatado por la sobreexpresión de EGFR de tipo salvaje y mutante vIII de EGFR (ambos carecen de 3'-UTR y por lo tanto son insensibles a miR-219-5p ) sugiriendo que los efectos inhibidores de miR-219-5p se debieron de hecho a su capacidad para dirigirse al EGFR. También encontramos una correlación negativa significativa entre los niveles de miR-219-5p y las formas totales y fosforiladas de EGFR en muestras de pacientes con glioblastoma. Esto indicó que la regulación a la baja de miR-219-5p en pacientes con glioblastoma contribuye al aumento de la actividad de la vía RTK por la regulación al alza de EGFR. Por lo tanto, hemos identificado y caracterizado miR-219-5p como el nuevo miARN supresor de tumores que regula RTK en el glioblastoma.

    Declaracion de conflicto de interes

    Intereses en competencia: los autores han declarado que no existen intereses en competencia.

    Cifras

    Figura 1. El miR-219-5p está regulado a la baja en el glioblastoma.

    Figura 1. El miR-219-5p está regulado a la baja en el glioblastoma.

    Expresión de miR-219-5p en astrocitoma maligno [astrocitoma anaplásico ...

    Figura 2. Sobreexpresión de miR-219-5p en glioma ...

    Figura 2. La sobreexpresión de miR-219-5p en líneas celulares de glioma disminuyó la proliferación, el crecimiento independiente del anclaje y…

    Figura 3. El miR-219-5p se dirige a EGFR.

    Figura 3. El miR-219-5p se dirige a EGFR.

    Figura 4. La sobreexpresión de miR-219-5p redujo el…

    Figura 4. La sobreexpresión de miR-219-5p redujo las actividades de las rutas MAPK y PI3K.

    Figura 5. Inhibición de las vías MAPK / PI3K y ...

    Figura 5. La inhibición de las vías MAPK / PI3K y la migración de células de glioma por miR-219-5p están mediadas por…

    Figura 6. Niveles de proteína EGFR correlacionados negativamente ...

    Figura 6. Los niveles de proteína EGFR se correlacionaron negativamente con los niveles de expresión de miR-219-5p en muestras de glioblastoma.


    Ver el vídeo: Generalidades de los receptores tirosina quinasa (Febrero 2023).