Epigentica del cncer llega a la oncologa convencional Manuel
Rodrguez-Paredes1 & Manel Esteller13 La epigentica es uno de
los campos ms prometedores y expansin en el panorama de la
investigacin biomdica actual. Desde el inicio de la epigentica en
la dcada de 1940, los descubrimientos en relacin con sus
implicaciones en la biologa normal y la enfermedad no han cesado,
recopilando una gran cantidad de conocimientos en la ltima dcada.
El campo se ha movido desde slo un marcador reconocido, la
metilacin del ADN, a una variedad de otros, incluyendo un amplio
espectro de modificaciones de las histonas. Desde el punto de vista
metodolgico, los exitosos primeros enfoques individuales de genes
candidatos han sido complementados con los actuales enfoques
integrales epigenmicos que permiten la interrogacin de los genomas
para buscar aplicaciones de traduccin en una manera imparcial. Lo
ms importante, el descubrimiento de las mutaciones en la maquinaria
epigentica y la aprobacin de los primeros frmacos epigenticos para
el tratamiento de los subtipos de leucemias y linfomas ha sido una
revelacin para muchos cientficos biomdicos y clnicos. Aqu, vamos a
resumir los progresos en el campo de la investigacin del cncer de
la epigentica, que ha alcanzado la oncologa convencional en el
desarrollo de nuevos biomarcadores de la enfermedad y nuevas
estrategias farmacolgicas. Introduccin a la epigentica y sus
funciones biolgicas Cuando Conrad Waddington acu la epigentica de
la palabra (literalmente 'sobre' o 'sobre' la gentica) en la dcada
de 1940, el trmino fue utilizado para explicar por qu las
variaciones genticas a veces no se ha traducido en variaciones
fenotpicas y de cmo los genes pueden interactuar con su entorno
para producir un phenotype1. Pero la palabra en la actualidad se
refiere especficamente al estudio de mitticamente y / o
meiticamente cambios heredables en la expresin gnica que se
producen sin cambios en el ADN sequence2. La interrupcin de estos
cambios subyace una amplia variedad de patologas, incluyendo
cncer3, 4. La regulacin epigentica incluye la metilacin del ADN
(Fig. 1) y covalentes modificaciones de las histonas (Fig. 2), y
vamos a discutir slo estas dos capas epigenticas aqu. La metilacin
del ADN por lo general se lleva a cabo en el 5 posicin del anillo
de citosina en los dinucletidos CpG, y su consecuencia es el
silenciamiento de los genes y las regiones no codificantes del
genoma. Hay tres principales (DNA methyltransferases DNMTs): DNMT1,
que mantiene los patrones de metilacin existentes despus de la
replicacin del ADN, y Dnmt3a y Dnmt3b, De las enzimas que el
objetivo previamente novo unmethylated CpGs5. Sitios CpG se
concentran tanto en las islas CpG, cortas ricas en CpG regiones de
ADN ubicadas en aproximadamente el 60% de los promotores de genes
humanos, o en regiones de grandes secuencias repetitivas (por
ejemplo, los centrmeros y los elementos retrotransposon) 5,6.
Aunque en este ltimo caso la mayora de los CpGs estn metilados para
prevenir La inestabilidad cromosmica, la mayora de las islas CpG
permanecen sin modificaciones durante el desarrollo y en tissues7
diferenciada. Sin embargo, ocurre naturalmente la isla CpG
metilacin
tiene lugar durante los fenmenos de desarrollo tales como la
inactivacin del cromosoma X o genmica imprinting5. La investigacin
adicional ser necesaria para aclarar las funciones adicionales de
la metilacin del ADN en non. CpG promotores de la isla y en el
origen y mantenimiento de pluripotency8, 9. Los recientes hallazgos
tambin sugieren que los cambios en el ADN de metilacin extensa
causada por la diferenciacin llevarn a cabo en la isla CpG?
Eshores? F, las regiones de densidad relativamente baja CpG
cercanas a CpG islands10, 11. Adems, casi una cuarta parte de toda
la metilacin del ADN encontrado en la madre embrionarias (ES) las
clulas se producen en un contexto 12 no CpG. Finalmente, el
5-metilcitosina (5-mC) se puede convertir en 5-hidroximetilcitosina
(5-HMC) por el 2-oxoglutarato. y Fe (II)dependientes oxigenasas
TET1, TET2 y TET3 (ref. 13). Ser necesario profundizar en el papel
de esta modificacin recientemente descrito, que se detect en clulas
madre embrionarias y las neuronas de Purkinje y participar en la
renovacin celular y auto ES celular interna de embriones la masa.
Las histonas pueden sufrir mltiples despus de la traduccin
modificaciones 15, que se encuentran principalmente a lo largo de
su N-terminal de la cola. Las enzimas que agregar y eliminar las
modificaciones que son, respectivamente, acetyltransferases
histonas (HAT) y deacetilasas (HDAC y las sirtuinas),
metiltransferasas (HMTs) y desmetilasas (HDM), quinasas y
fosfatasas, ligasas de ubiquitina y deubiquitinases, ligasas de
SUMO y proteasas, y para el 15, 16. En todo el genoma estudios han
revelado que varias combinaciones de modificaciones en una regin
genmica especfica puede llevar, como un "cdigo de histonas", a un
estado ms "abierta" o "cerrado" de la estructura de la cromatina y,
por tanto, a la activacin o la represin de gen expression17. Por
ejemplo, tri-metilacin de lisinas (K) 4, 36 o 79 en H3 (H3K4me3,
H3K36me3 y H3K79me3, respectivamente), monometilacion de H4K20 y
H2BK5 (H4K20me y H2BK5me), y la acetilacin de H3K9 y H3K14 (H3K9ac
y H3K14ac) dan como resultado la activacin de genes, mientras que
el plomo di o trimethylation de H3K9 (H3K9me2 y H3K9me3) y
trimethylation de H3K27 (H3K27me3) con el gen repression17- 19. En
las clulas madre embrionarias, los principales genes de desarrollo
siguen siendo preparado para el linaje especfico de la activacin o
la represin como consecuencia de sus dominios bivalentes, una
combinacin de dos modificaciones en sus regiones promotoras,
H3K4me3 y H3K27me3. Cabe destacar que todos los procesos
epigenticos trabajar juntos para establecer y mantener los estados
de la cromatina a nivel mundial y local, condensados o decondensed
que finalmente determinan la expresin de genes. La interaccin
continua de todos estos procesos crea lo que Waddington llamado el
"paisaje epigentico" y que hoy llamamos el "epigenome'-el estado
epigentico que determina la forma en que un genoma eucaritico solo
puede manifestarse en diferentes tipos celulares y etapas de
desarrollo y que, si aberrante, da lugar al cncer y otras
enfermedades.
Figura 1 los patrones de metilacin de ADN en las clulas normales
y cancerosas. Metilacin del ADN se lleva a cabo a lo largo de todo
el genoma, y su alteracin es una caracterstica tpica de cncer. (a)
En las clulas normales (arriba), las islas CpG y las costas de la
isla CpG no metiladas por lo general permanecen, lo que permite la
transcripcin de genes. Adems, la metilacin del ADN en los
organismos de genes evita falsos iniciaciones de transcripcin. En
las clulas cancerosas (abajo), por el contrario, si bien ambas
islas CpG y costas de la isla CpG pueden ser muy metilado, los
organismos de genes carecen de esta modificacin. Como resultado, la
transcripcin de muchos genes se bloquea, y la transcripcin
aberrante puede producirse a partir incorrectos sitios de inicio de
transcripcin (DST). (b) En las clulas normales (arriba), la
metilacin de secuencias repetitivas evita la inestabilidad genmica
y, de nuevo, la iniciacin de la transcripcin espurios. Adems, los
elementos transponibles no se puede activar en un entorno metilado.
En las clulas cancerosas (abajo), hipometilacin global provoca la
inestabilidad genmica y la iniciacin de la transcripcin aberrante.
La activacin simultnea de los transposones pueden llevar a una
alteracin gentica.
Las modificaciones epigenticas en el cncer El cncer y otras
muchas enfermedades humanas muestran regulation21 epigentica
aberrante. En particular, el epigenoma del cncer se caracteriza por
los cambios globales en la metilacin del ADN y la alteracin de los
patrones de modificacin de las histonas. Debido a las
caractersticas tpicas, tales como la hipometilacin del ADN a nivel
mundial y promotor especfico de la hipermetilacin puede ser
comnmente observada en neoplasias benignas y tumores en etapa
temprana, se hace evidente que la desregulacin epigentica puede
preceder a clsicos eventos preliminares de transformacin: las
mutaciones en los supresores de tumores, los protooncogenes, o
ambos, y instability22 genmica. La alteracin de los mecanismos
epigenticos, ya sea por mutacin, la eliminacin o la alteracin de la
expresin de cualquiera de sus componentes, se sabe que provocan
patrones aberrantes de expresin de genes que dan lugar a todos los
tpicos cnceres de caractersticas 3. De hecho, estos 'epimutaciones
est a veces el segundo golpe para la iniciacin del cncer postulado
por el modelo de dos hits, ya que puede silenciar el alelo restante
activo del tumor previamente mutado suppressors. En trminos de la
metilacin del ADN, las clulas cancerosas muestran todo el genoma y
la hipometilacin del sitio especfico de la isla CpG promotor de
hypermethylation3. Adems, un estudio reciente que compar el tejido
del cncer colorrectal con su contraparte normal, tambin
sugiere cambios importantes en el shores24 isla CpG (Fig. 1).
Hipometilacin del ADN se produce en muchas secuencias genmicas,
como elementos repetitivos, retrotransposones, intrones y
similares, dando lugar a instability3 genmica. En secuencias de
repeticin, esto se logra mediante una mayor tasa de reordenamientos
cromosmicos y, en retrotransposones, por una mayor probabilidad de
translocacin a otro genmico regions25-27. Adems, hipometilacin ADN
aberrante tambin puede dar cuenta de la activacin de algunos
protooncogenes y conducir a la prdida de sellado, como en el caso
del gen IGF2 (codificacin similar a la insulina factor de
crecimiento-2) en Wilms de tumor28-30. Sin embargo, la alteracin
epigentica ms reconocida en los tumores humanos es el promotor isla
CpG hipermetilacin asociada con el silenciamiento de genes
supresores de tumores como el gen CDKN2A (dependiente de ciclina 2A
inhibidor de la cinasa), MLH1 (homlogo mutL-1), el BRCA1 (cncer de
mama asociado- 1) y VHL (von HippelLindau supresor tumoral) 3,4,
una observacin que se ha expandido a travs del estudio de la
inactivacin de microRNAs con caractersticas inhibidoras del
crecimiento por silencing31-34. La alteracin del paisaje metilacin
del ADN en las clulas transformadas se ha apoyado recientemente por
el hallazgo de mutaciones somticas en DNMT3A en la leucemia
mieloide aguda (LMA) 35. Por ltimo, como MLL TET1 (MLL es la
leucemia mieloide / linfoide o mixta de linaje (homlogo trithorax,
Drosophila) de genes) fusiones se han observado en algunos casos de
leucemia mielgena aguda y linfoctica leukemias36, de 37 aos, y las
mutaciones homocigotas nulas y deleciones cromosmicas que implican
el TET2 lugar se han descrito en diversas mieloide malignancies38,
39, el deterioro de la conversin de 5-mC en 5-HMC tambin podra
estar relacionado con el cncer.
Figura 2 patrones de modificacin de las histonas en clulas
normales y cancerosas. Principalmente a lo largo de sus
protuberantes Nterminal de la cola, sino tambin dentro de su
C-terminal regiones, las histonas pueden sufrir diversas
modificaciones posttraduccionales. En el derecho de combinacin y
traducido por los efectores apropiados, estas modificaciones
contribuir al establecimiento de los estados de la cromatina a
nivel mundial y local, condensados o decondensed que finalmente
determinan la expresin de genes. Esta figura representa las
modificaciones principales de las cuatro histonas en clulas
normales (tipo y la posicin en la secuencia de aminocidos). Por
otra parte, y debido a la interrupcin de sus patrones normales se
relaciona con el cncer, las modificaciones de histonas tpicamente
asociados con la enfermedad tambin se han sealado. Ac, acetilacin,
Me, la metil acin; P, la fosforilacin, Ub, ubiquitinacin.
La alteracin de los patrones normales de covalentes
modificaciones de las histonas es otro rasgo distintivo del cncer
(Fig. 2) 40,41. Uno de los ejemplos ms caractersticos es la
reduccin global de la trimethylation de H4K20 (H4K20me3) y la
acetilacin de H4K16 (H4K16Ac), junto con la hipometilacin del ADN
en secuencias repetidas en muchas escuelas primarias tumors40. Por
otra parte, hay muchos ejemplos de alteraciones en las enzimas que
agregar, quitar o reconocer las modificaciones especficas en tipos
especficos de cncer (Fig. 3). En cuanto a la acetilacin de
histonas, translocaciones cromosmicas que implican HAT como
E1Aprotena de unin p300 (EP300), la respuesta de AMPc elemento de
unin a la protena de unin (CREBBP), receptor nuclear coactivador-2
(NCOA2), MYST3 y MYST4 han sido identificados en hematolgica
cancers42, 43 . En los cnceres hematolgicos y slidos, la unin de
adenoviral E1A oncoprotenas y T de SV40 de EP300 y CREBBP conduce a
la transformacin celular a travs de hypoacetylation global de H3K18
y la activacin simultnea de los genes que promueven el crecimiento
celular y division44, de 45 aos. Por ltimo, mientras que
colorrectal, de mama gstrico y los tumores pancreticos presentan
mutaciones missense de EP300, la prdida de monoallica KAT5
(codificacin de lisina acetil-5) aumenta el potencial de malignidad
transformation46, de 47 aos. La sobreexpresin de HDAC individuales,
tales como HDAC1, HDAC2 y HDAC6, entre otros, tambin ha sido
reportada en tumors48. Pero el papel de HDAC2 en la promocin
tumoral es objeto de controversia, como la prdida de su expresin
debido a mutaciones truncar tambin se ha documentado en un subgrupo
de microsatlites inestables lneas celulares de colon y tumor
primario samples49.
Figura 3 La seleccin de genes epigenticos alterados en los
tumores humanos. La mutacin, supresin y / o alteraciones en la
expresin de genes que codifican los componentes de los mecanismos
epigenticos diferentes se observan tpicamente en los tumores
humanos. La figura muestra una seleccin de genes que codifican
enzimas que agregar, quitar y reconocer las modificaciones de
histonas, as como los miembros de la maquinaria de metilacin del
ADN, cuya desregulacin est conectado con el cncer. CRC, la
cromatina complejos de remodelacin, AC, acetilacin, Me,
metilacin.
Sirtuinas tambin se sobreexpresa en una amplia variedad de
tumors50. Curiosamente, la inhibicin de la SIRT1 reactivadas
parcialmente supresores de tumor, aun cuando sus promotores se
mantuvo en gran medida methylated51. La expresin anmala o la
actividad de HMTs y HDMS, debido a translocaciones cromosmicas,
amplificacin, eliminacin, la sobreexpresin o silenciamiento, tambin
ha sido reportado en el cncer. En el caso del gen MLL, que codifica
el ms estudiado H3K4 HMT, su duplicacin en tndem parcial (MLL-PTD)
y ms de 50 fusiones de genes en cuenta el 80% de las leucemias
infantiles, y el 5-10% de la LMA en adultos y leukemias52
linfocitos . Muchas fusiones MLL parece activar los genes
promotores de leucemia por el reclutamiento anormal de DOT1L, el
HMT no-SETdominio para H3K79 (ref. 53). SMYD3, otro HMT H3K4, es
con frecuencia upregulated en el cncer y las lneas celulares de
carcinoma hepatocelular, en los que aumenta el crecimiento celular
y promueve la transformation54. El H3K27 especficos HMT EZH2 est
sobreexpresada en tumores slidos como el de prstata, mama, colon,
piel y pulmn cancer55. En particular, el aumento de la expresin
EZH2 endotelial promueve la angiognesis por silenciar el gen que
codifica vasohibin-1, al menos en los ovarios cancer56. Aunque su
funcin oncognica ha sido el foco de atencin principal,
descubrimientos recientes muestran tambin la inactivacin de las
mutaciones de EZH2 en el folicular y linfoma difuso de clulas B
grandes lymphomas53, de 57 aos. Otras enzimas modificadoras tambin
tienen un papel en el cncer. Nuclear de unin al receptor de dominio
SET protena-1 (NSD1), una de HMT H3K36 y, en menor medida, por
H4K20, est implicado en la translocacin leucomognico y es
silenciado por la hipermetilacin del promotor en los gliomas y los
neuroblastomas, y su mutacin heterocigota o prdida de
heterocigosidad provoca un sndrome de sobrecrecimiento infantil con
un mayor riesgo de tumorognesis llama syndrome58 Sotos, de 59 aos.
Por el contrario, los datos recientes ponen de relieve el papel de
HDM en el cncer. Curiosamente, ambas mutaciones sobreexpresin y la
prdida de la funcin-de varios miembros de la familia Jumonji / ARID
de dominio que contienen la protena-1 (JARID1) de H3K4me3 / 2 HDM
se cree que contribuye a la tumorignesis en diversos tipos de
cncer. Biomarcadores epigenticos en los individuos con cncer La
metilacin del ADN y las histonas patrones de modificacin asociado
con el desarrollo y progresin del cncer tiene un posible uso
clnico. Las tres principales reas de oncologa clnica potencialmente
se pueden beneficiar de la metilacin de ADN basados en
biomarcadores: deteccin de cncer, el pronstico del tumor y la
prediccin de la respuesta al tratamiento, un campo conocido como
farmacogenetica (Fig. 4). La deteccin de clulas tumorales. Los
ltimos diez aos han proporcionado un amplio mapa de los eventos de
la metilacin aberrante del ADN que ocurren en las clulas del cncer,
en especial para las islas CpG hipermetilados de supresor de
tumores genes3, de 60 aos. Estos datos incluyen ejemplos de todas
las clases de neoplasias humanas y se han puesto de relieve la
existencia de un perfil nico de las islas CpG hipermetilados que
define cada tumor type61, de 62 aos. El nfasis ahora est en
centrarse en los eventos de metilacin aberrante que estn ausentes
en las clulas normales y las tcnicas de desarrollo que ofrecen
resultados fiables, sensibles y rpidos para
estudiar estos biomarcadores potenciales. Los recientes avances
en las tecnologas que la modificacin par bisulfito de ADN con PCR63
han sido clave en el desarrollo de estos mtodos moleculares rpidos
y cuantitativos. Recientemente, CpG hipermetilacin isla se ha
utilizado como una herramienta para detectar clulas cancerosas en
diversos tipos de fluidos biolgicos y tejidos biopsies63, 64. As,
desde que fue mostrado por primera vez que el cncer de eventos
especficos de hipermetilacin se pudo detectar en el suero de
individuos con cancer65, una mirada de estudios han utilizado este
material biolgico fcilmente accesible en la configuracin
translacional y clnica. Buenos ejemplos son la deteccin de eventos
especficos de hipermetilacin del cncer en las heces de los
individuos con cncer colorrectal cancer66, en la orina para el
cncer de vejiga screening67 o en el esputo para predecir el cncer
de pulmn incidence68. Por otra parte, las nuevas tcnicas de gran
alcance ahora puede detectar incluso cantidades mnimas de ADN
aberrante methylation69, de 70 aos.
Figura 4 biomarcadores epigenticos en oncologa. De todos los
tipos de muestras obtenidas de individuos con cncer, exmenes
epigenticos nica y global, se han desarrollado para la
identificacin de nuevos marcadores moleculares para controlar la
enfermedad. Para predecir la malignidad en la tumorignesis de
prstata y la respuesta a temozolomida en gliomas, el estudio de los
eventos de hipermetilacin de GSTP1 y MGMT, respectivamente, est
llegando a la etapa clnica.
Numerosos estudios han demostrado que la hipermetilacin del
promotor CpG isla de genes supresores de tumores se produce a
principios de la tumorignesis. Por lo tanto, la presencia de
metilacin aberrante isla CpG por s solo no indica necesariamente un
cncer invasivo, como lesiones premalignas o un precursor tambin
puede llevar a estas firmas epigenticos. Este hallazgo tiene
implicaciones para la deteccin temprana del cncer, especialmente en
personas con riesgo gentico hereditario (por ejemplo, los
portadores de mutaciones BRCA1 y BRCA2) o expuestas al medio
ambiente cancergeno. Uno de los mejores ejemplos de esto es la
deteccin de eventos aberrantes de metilacin del ADN en las primeras
etapas de la tumorignesis de pulmn que afecta a los fumadores y
miners71.
Sin lugar a dudas el mejor marcador de la metilacin del ADN para
la deteccin de cncer, y los ms propensos a tener xito como un
biomarcador epigentico, es la hipermetilacin de la glutatin
S-transferasa gen (GSTP1) en la prstata cancer72. GSTP1 es
hypermethylated en el 8090% de los hombres con cncer de prstata y,
en menor porcentaje, en otros tipos de tumores, como el hgado, de
mama y kidney73. Lo ms importante, aunque se hypermethylated en una
fraccin de intraepitelial neoplasias74 prstata, no es en benigna de
prstata hiperplsica tissue75. Por lo tanto, la deteccin de
metilacin de GSTP1 puede ayudar a distinguir entre el cncer de
prstata y lesiones benignas. Como se seal anteriormente, la
hipermetilacin de islas CpG puede ser detectada en los fluidos
biolgicos y muestras de biopsia, lo que sugiere que la deteccin de
hipermetilacin de GSTP1 urine76, 77 y serum78, de 79 aos tiene
excelentes perspectivas de aplicacin clnica. Establecimiento del
pronstico del tumor. Una vieja aspiracin de los mdicos es la
capacidad de tener en cuenta dos tumores morfolgicamente idnticas y
distinguir cul crecer a un ritmo rpido y que se har con un
comportamiento ms indolente. Los datos moleculares de estos
estudios se utiliza rutinariamente para la deteccin de neoplasias
hematolgicas a travs de la presencia de determinadas anomalas
cariotpicas y ciertas protenas de fusin oncognico. Adems, los
resultados prometedores utilizando estandarizados arrays de
expresin gnica para el establecimiento del pronstico tambin estn
empezando a surgir en el pecho de cancer80. Por lo tanto, es lgico
que ciertas firmas aberrantes de metilacin de ADN tambin puede ser
til para este propsito. La investigacin en la ltima dcada se ha
producido un nmero creciente de eventos hipermetilacin en los loci
de genes individuales que indican los resultados en personas con
cncer. Por ejemplo, la hipermetilacin de los genes que codifican la
HMT NSD1, la protena asociada a la muerte DAPK quinasa, la protena
de membrana epitelial-3 y CDKN2A se ha relacionado con malos
resultados en el neuroblastoma y el cncer de pulmn, cerebro y colon
y recto, respectivamente3. Ms grande multicntrico y los estudios
prospectivos son necesarios para validar estas y otras de un solo
gen marcadores de metilacin de ADN. En los ltimos aos ha habido un
nmero cada vez mayor de la metilacin del ADN a nivel mundial se
aproxima dedicada a lograr el objetivo de identificar las
caractersticas aberrantes de metilacin. Epigenomics revela
dendrogramas pronsticos, similares a los obtenidos por anlisis de
microarrays de genes de expresin, donde una combinacin de
marcadores aberrantes de metilacin del ADN a partir de matrices CpG
es used81, de 82 aos. Estos perfiles epigenmicos son
complementarios a los patrones de expresin de genes y tienen la
ventaja de que pueden ser desarrollados con el ADN extrado de
archivado de material. Lo ms importante, marcadores individuales
con gran potencial clnico, como predictores de recurrencia en el
pulmn, metstasis en cancer83 colorrectal cancer84 o la progresin
del virus asociado a neoplasms85, pueden ser identificados a partir
de estas pruebas de deteccin de metilacin de ADN globales. Histona
basados en marcadores tambin se han incorporado ms adelante en esta
carrera molecular de biomarcadores epigenticos, y un deterioro
particular de las modificaciones de histonas se ha asociado con la
recurrencia del cncer de prstata cancer41.
Farmacogenetica. El desenmascaramiento reciente de lesiones
genticas en los tumores ha permitido optimizar los regmenes de
tratamiento del cncer, especficamente con la identificacin de la
presencia de ErbB2 (v-erb-B2 eritroblstica la leucemia viral oncogn
homlogo 2) amplificaciones, BCR-ABL1 (breakpoint cluster
regin-c-abl 1-oncogn) translocaciones y mutaciones del EGFR
(receptor del factor de crecimiento epidrmico). Se prev que, en los
prximos aos, los patrones de hipermetilacin de los genes
particulares tambin predecir la respuesta a tratamientos
especficos. Los candidatos epigenticos ms prometedoras para
predecir la respuesta pharmacoepigenetic son los genes de reparacin
del ADN se someten a la inactivacin epigentica de los tumores,
tales como la O6-metilguanina-ADN metiltransferasa gen que
codifica, MGMT, el desajuste de reparacin del ADN en protenas gen
que codifica, MLH1, el sndrome de Werner-gen asociado, ABN, o
BRCA1. En los tejidos sanos, estas enzimas son responsables de la
reparacin del dao en el DNA que se produce durante un tiempo de
vida y prevenir la formacin de mutaciones y otros tipos de dao
genmico. En las clulas cancerosas, sin embargo, estas enzimas
pueden reparar el dao del ADN inducido por agentes de la
quimioterapia muchos, por lo tanto la generacin de
quimio-resistencia. Sin embargo, estos genes de reparacin del ADN
tambin pueden someterse a la hipermetilacin asociada silenciamiento
en una fraccin de los tumores humanos que el progreso con un
fenotipo mutador, un taln de Aquiles, porque de esta manera no ser
capaz de reparar el dao del ADN causado por el agente de
quimioterapia. Hasta la fecha, el mejor ejemplo de la
hipermetilacin del gen de reparacin del ADN que ha llegado a la
clnica es la del gen MGMT en gliomas, como un predictor de
respuesta a carmustine86 y temozolomide87, de 88 aos. MGMT invierte
la adicin de grupos alquilo a las bases de guanina del ADN y, en
las clulas normales, protege el ADN contra la generacin de
mutaciones de transicin por agentes carcingenos tales como
nitrosamides. La posicin O6 de la guanina es tambin un punto de
ataque de los agentes alquilantes como la carmustina (BCNU),
nemustine (ACNU), procarbazina, dacarbazina y temozolomida. Por lo
tanto, los tumores humanos primarios sometidos a la hipermetilacin
de MGMT89 podra ser ms sensibles a esta categora de medicamentos.
La prueba de principio de estas observaciones es que la
hipermetilacin isla CpG de MGMT es un predictor independiente de
buena respuesta clnica a la carmustina en gliomas86. Estos
descubrimientos se han ampliado posteriormente para mostrar que la
hipermetilacin de este gen es tambin un predictor independiente de
la respuesta a la temozolomida, un nuevo frmaco, en
glioblastomas87. Muchos estudios han confirmado estos resultados
sobre el tratamiento del glioblastoma basada en la temozolomida en
muchos areas90 geogrfica diferente. Es tambin digno de mencin que
la metilacin de MGMT podra denominar a los casos de glioma raras
clasificadas como a largo plazo survivors91 y predecir las
respuestas de cooperacin con otros agentes teraputicos, tales como
cilengitide92 o incluso radiation93. Por el contrario, la
hipermetilacin de MGMT en temozolomida-pacientes no tratados es un
marcador de mal pronstico, y es probable que est relacionado con la
acumulacin de mutaciones en estos tumores. De hecho, un fenotipo
hypermutator consecuente a la deficiencia de los genes de reparacin
se produce en temozolomida tratada glioblastomas94. Cuatro
cuestiones finales relacionadas con MGMT inactivacin epigentica y
digna de mayor exploracin son la ampliacin
del valor de la hipermetilacin de MGMT predictor para la
temozolomida que otros tipos de cncer como pituitary95 agresiva,
los tumores colorrectales y de pulmn de clulas no pequeas-, la
revisin de los datos de ensayos clnicos utilizando temozolomida en
tumores donde hay metilacin CpG isla muy poco de MGMT, tales como
melanoma; la expansin de la metilacin de MGMT para predecir la
respuesta a otros tipos de dao en el DNA, tales como aquellas
mediadas por cyclophosphamide96; y la posibilidad de utilizar
pequeas molculas como inactivadores de la protena MGMT en la isla
CpG unmethylated tumors97.Figura 5 frmacos epigenticos para el
tratamiento del cncer. Numerosos compuestos han sido reportados
para ser eficaz contra las clulas cancerosas de los componentes de
inhibicin de los mecanismos epigenticos. Esta figura muestra los
frmacos epigenticos ms importantes clasificados en funcin de sus
objetivos particulares epigenticos.
La posibilidad de utilizar el estado de metilacin de CpG isla
para predecir la respuesta a la quimioterapia se ha descrito para
otros genes de reparacin del ADN, como MLH1 en el tratamiento de
cncer de ovario cancer98 cisplatino, WRN de irinotecn en cncer
colorrectal tumors99, similar a la insulina factor de crecimiento
de unin la protena-3 para el cisplatino en el pulmn y BRCA1
tumors100 de PARP (poli (ADP) ribosa polimerasa), los inhibidores
de mama cancer101. Otras familias de genes que se someten a la
hipermetilacin de islas CpG silenciamiento asociados y tienen un
valor potencial como factores predictivos de respuesta a los
agentes contra el cncer son los genes del ciclo celular, tales como
puntos de control CHFR (puesto de control con forkhead asociada y
el dedo anular), en relacin con docetaxel/paclitaxel102, 103, genes
de metabolitos de transporte, tales como SLC19A1 ( soluto
transportista familia 19 (transportador de folato), miembro 1), en
relacin con el metotrexato en lymphomas104, y el GSTP1 (glutatin
S-transferasa pi 1) de genes, relacionados con la doxorubicina en
el pecho de cancer105. Por ltimo, es importante tener en cuenta que
la falta de efectividad de los frmacos antisteroidal como el
tamoxifeno, el raloxifeno y flutemide en algunos individuos con la
hormona relacionada con tumores malignos pueden ser una
consecuencia directa del silenciamiento epigentico de sus
respectivos receptores celulares, tales como la estrgeno y la
progesterona
receptors106. Una explicacin similar se puede aplicar a la falta
de xito con el tratamiento preventivo retinoide, que podra estar
relacionada con el silenciamiento epigentico del gen que codifica
del receptor de cido retinoico, RARB2, y el gen que codifica la
protena de unin celular retinol I, CRBP1. Con la epigenmico
emergente technologies107, los investigadores tienen ahora las
tcnicas que ayudarn a solucionar los perfiles de metilacin de ADN
para la quimiosensibilidad de una manera imparcial, como se ha
desarrollado en los ovarios cancer108, y completar el paisaje
pharmacoepigenetics prometedor. Curiosamente, el uso de frmacos
epigenticos, tales como agentes demethylating ADN, podra
resensitize algunas de las clulas cancerosas resistentes a la
quimioterapia clsica agents109, la conclusin de que es digno de una
exploracin ms profunda. Medicamentos epigenticos para el
tratamiento del cncer Como se describi anteriormente, y en
contraste con las mutaciones genticas, epimutaciones son
reversibles. Esta es la razn por tanta atencin se ha centrado en
los ltimos aos en la bsqueda de frmacos epigenticos, lo que podra
restaurar el paisaje normal epigenticos en las clulas cancerosas
inhibiendo las enzimas de los mecanismos epigenticos (Fig. 5).
Hasta la fecha, cuatro han sido aprobados por los EE.UU. Food and
Drug Administration (FDA) para el tratamiento del cncer: dos
inhibidores de la DNMT, Vidaza y decitabina (5-aza-y
5-aza-2'-desoxicitidina, respectivamente), para los pacientes con
mielodisplsico el sndrome de que tienen pocas opciones teraputicas
y desarrollar leucemia aguda, y dos inhibidores de la HDAC,
vorinostat y romidepsin (cido hidroxmico suberoilanilida y, antes,
FK-228, respectivamente), por el raro linfoma cutneo de clulas T
(LCCT), entre otros-hematolgica malignancies110 113. Adems de los
inhibidores de HDAC DNMT e inhibidores, inhibidores de la clase I,
II y IV de las HDAC, los inhibidores de las sirtuinas (las HDAC
clase III), sombreros, HMTs, HDM y varias quinasas tambin estn
siendo intensamente investigado. Estos frmacos epigenticos se
convertir en una parte crucial del arsenal teraputico contra el
cncer en un futuro prximo. ensayos en combinacin con otros agentes
para el tratamiento de diversas tumors114. Los efectos sobre la
transcripcin de genes no slo de Vidaza y decitabina, sino tambin
Zebularine, otro anlogo de la citidina, son sorprendentemente
diferentes y afectan a genes de inters para leukemogenesis115.
Algunos anlogos de nuclesidos tambin han sido descritos como la
induccin de desmetilacin del ADN en clulas de cncer lines116-120.
El arsenal de los inhibidores de HDAC incluye compuestos naturales
y sintticos que se pueden dividir en cuatro clases qumicamente
distintas: de cadena corta de cidos grasos, cidos hidroxmicos,
pptidos cclicos y sus derivados de benzamida. Todos los inhibidores
de HDAC se caracterizan por la presencia de un dominio de unin a
metal que puede bloquear sustrato-Zn quelacin en los sitios activos
HDAC. Esta es la razn por sirtuinas, que, en contraste, requieren
NAD + en sus sitios activos, no se ven afectados por estos
inhibitors121. Los principales efectos anticancergenos de los
inhibidores de HDAC estn detencin del ciclo celular en G1 o G2-M,
la induccin de la diferenciacin y la apoptosis, pero tambin pueden
inhibir la angiognesis y la metstasis, as como mejorar la
sensibilidad a chemotherapy122, 123. Un resumen de los inhibidores
de HDAC ms importantes se muestran en la Tabla 1.
Inhibidores de la HDAC y los inhibidores de DNMT son el cncer ms
ampliamente estudiado frmacos epigenticos. Inhibidores de SIRT estn
menos estudiados, pero como la mayora de ellos son inhibidores de
la SIRT1, es probable que se detenga la formacin de tumores e
inducir la apoptosis mediante la actividad de p53 en aumento.
Inmediatamente antes de la nicotinamida se inform de que un
inhibidor fisiolgico de las sirtuinas, sirtinol y splitomicin
fueron descritos como SIRT inhibitors124-126. Sirtinol inhibe SIRT1
y SIRT2, es capaz de la promocin de detencin del crecimiento en el
cncer de cells127 y aumenta la sensibilidad a los conocidos
medicamentos contra el cncer como la camptotecina y cisplatin128.
Sin embargo, algunos anlogos sirtinol ya han demostrado mayores
capacidades. Cambinol y salermide son otros inhibidores de SIRT.
Cambinol inhibe la SIRT1 y SIRT2, induccin de apoptosis en BCL6 que
expresan el linfoma de Burkitt cells129. Por el contrario,
salermide, un inhibidor de la SIRT1 y SIRT2 a nivel micromolar, se
ha descubierto recientemente para inducir la apoptosis
independiente de p53 slo en las clulas cancerosas. Salermide ha
demostrado que la reactivacin de los genes pro-apoptticos
epigenticamente reprimidos por la SIRT1 mediada H4K16Ac
deacetylation130. Finalmente, tenovins, tales como tenovin-1 y la
ms soluble en agua tenovin 6-, son activos contra SIRT1 y SIRT2.
Ellos trabajan en clulas de mamfero en un solo dgito
concentraciones micromolar y retrasar el crecimiento del tumor in
vivo como nica agents131. Tres de origen natural pequeas molculas
han sido descritos como inhibidores de HAT: curcumina, cido
garcinol y anacardic. La curcumina es un inhibidor de la EP300 y
CREBBP especfica, capaz de reprimir EP300 mediada por acetilacin de
p53 en vivo132. Sus actividades antitumorales en una amplia
variedad de cnceres incluyen la regulacin a la baja y la regulacin
positiva de CCND1 (ciclina D1) y CASP8 (caspasa-8),
respectivamente, as como la inhibicin de la constitutiva del factor
nuclear-EB activation133-135. cido garcinol y anacardic son EP300 y
los inhibidores de KAT2B HAT. A pesar de garcinol tiene una
permeabilidad mucho mejor celular que el cido anacardic, ambos
puede mejorar la terapia del cncer. As, mientras que garcinol se ha
demostrado que induce apoptosis en clulas HeLa, cido anacardic
pueden sensibilizar a las clulas cancerosas a ionizante
radiation136, 137. Algunos otras molculas pequeas se han descrito
como inhibidores de sombrero, pero, hasta la fecha, slo una serie
de isotiazolonas que afectan EP300 y la actividad KAT2B han sido
capaces de inhibir el crecimiento en el colon y el cncer de ovario
cells138. En cuanto a los inhibidores de HMT, slo tres compuestos
han sido descritos como inhibidores de la lisina HMT: quetocina,
DZNep y BIX 01.294. En primer lugar identificado como un inhibidor
de HMT lisina-especfica de Drosophila melanogaster Su (var) 3-9,
quetocina tambin inhibe su homlogo humano, y muestra las
propiedades contra el cncer contra el mieloma mltiple (MM) 139140.
DZNep induce la apoptosis en el cncer de mama y colorrectal MCF7
clulas HCT116, en la que promueve el agotamiento de los
Polycombrepresivas compleja-2 de protenas (por ejemplo, EZH2) e
inhibe la metilacin de la H3K27 modification141. Adems, el
inhibidor de la arginina-especfica HMT IAM-1 (arginina
Nmetiltransferasa inhibidor-1) se cree que inhibe PRMT1, PRMT3,
PRMT4 y PRMT6 (ref. 142). El hecho de que PRMT4 est sobreexpresada
en cnceres hormono-dependientes puede fomentar la
investigacin sobre estos casos particulares, inhibitors143.
Debido a las similitudes estructurales, los anlogos de la AMI-1
derivado de AMI-5 puede inhibir no slo HMTs lisina y arginina
especficos, sino tambin sombreros y algunos sirtuinas con la misma
potencia, dando lugar a mltiples ligands'144 epigentica de la
expresin ". Con respecto a los inhibidores de HDM, sabemos que los
inhibidores de la monoamina oxidasas (IMAO), tales como pargilina,
fenelzina y tranilcipromina, tambin puede inhibir la KDM1A HDM,
pero en la actualidad no hay informacin sobre su supuesta
properties145 contra el cncer. El aumento del arsenal de HDM en
contra de los inhibidores de la HDM muchos implicados en el cncer
ser una tarea importante en los prximos aos. Una cantidad creciente
de pruebas que vinculan a la regulacin epigentica quinasas, y los
avances importantes que se llevan a cabo en el campo de los
inhibidores de la cinasa. As, la quinasa de tirosina JAK2 se ha
informado que fosforilan H3Y41, impidiendo la H3K9me2 / 3 'lector'
CBX5 de unin a chromatin146. Adems, Aurora quinasa B, que fosforila
H3S10, manteniendo as la estabilidad cromosmica durante la mitosis,
se ha encontrado que se sobreexpresa en diversos slido humana
tumors147, 148. Tambin se han descubierto recientemente que, junto
con Aurora quinasa A, es esencial para la progresin de Myc
impulsada Clulas B lymphomas149. Un nmero considerable de aurora
inhibidores de la cinasa se estn estudiando en ensayos clnicos.
Danusertib (o PHA-739358) y MLN8237, actualmente en la fase 2, son
los ms promising147, 150.151. Finalmente, el uso de inhibidores de
HDAC en conjuncin con los inhibidores de tirosina quinasa, como
AEE788 y mesilato de imatinib se encontr que era eficaz contra
varios tipos de cncer cells152, 153. Terapias futuras del cncer
seguramente explotar los efectos sinrgicos entre los frmacos
epigenticos o entre frmacos epigenticos y otros agentes
antitumorales. Un trabajo reciente se conecta la aparicin de
resistencia de las clulas cancerosas a la erlotinib agente
quimioteraputico con un incremento en la expresin de la KDM5 HDM
(ref. 154). Por otra parte, tambin parece claro que los frmacos
epigenticos, como los inhibidores de HDAC debe estar en sinergia
con el ADN de los agentes nocivos, ya que pueden ofrecer un mejor
acceso a la cromatina. Relevantes frmacos quimioteraputicos ya han
sido probados en combinacin con inhibidores de la DNMT, los
inhibidores de HDAC e inhibidores de SIRT. Por ejemplo, un reciente
fase 2 estudio combin el romiplostim trombopoyetina mimtico con
5-azacitidina en pacientes con mielodisplsico syndrome155. En otros
ejemplos de alianza exitosa, romidepsin era capaz de aumentar el
efecto de la gemcitabina en refractario a las hormonas y el cncer
de prstata cells156 sirtinol se observ para aumentar la
sensibilidad a la camptotecina y cisplatino en el cncer de prstata
PC3 cells128. Numerosos ensayos clnicos la combinacin de
inhibidores de la HDAC y los inhibidores de DNMT ya han tenido
lugar too157, 158. Finalmente, se ha demostrado que panobinostat o
cido anacardic puede mejorar radiotherapy137, 159. En un futuro
prximo, las combinaciones entre los frmacos epigenticos y
dependientes de ciclina inhibidores de la cinasa, antagonistas o
inhibidores del proteasoma HSP90AA1 Tambin se pondr a prueba.
Otras
combinaciones interesantes de ingeniera puede implicar factores
de transcripcin capaces de reactivar de forma selectiva
epigenetically silenciado tumor suppressors160. Otro de los retos
en la combinacin de diferentes agentes contra el cncer es
determinar la mejor secuencia de su entrega. Se ha demostrado in
vitro y en modelos de xenoinjerto que una combinacin de valproato
con un inhibidor de la topoisomerasa II era slo el cncer eficaz
inductora de muerte celular si se administr valproato first161.
Notablemente, la eficacia teraputica de cualquier frmaco
antitumoral es altamente dependiente de su captacin celular. Esto
podra proporcionar una explicacin para la observacin clsica de que
las tasas de respuesta clnica a los medicamentos epigenticos son
generalmente bajos en los tumores slidos. En el caso particular de
5-azacitidina, que depende de los transportadores de nuclesidos
variablemente expresadas para la absorcin, se ha observado
recientemente que su entrega por esterificacin de cido eladico
puede incrementar notablemente su activity162 anticanceroso. Por lo
tanto, la investigacin sobre los mecanismos de captacin celular de
diferentes frmacos epigenticos se requiere para mejorar las
terapias epigenticas del cncer. Las perspectivas de futuro Ya hemos
entrado en la era epigenmica. En los ltimos aos, el uso de las
nuevas tecnologas de alto rendimiento ha hecho posible estudiar los
procesos epigenticos a un nivel mucho ms amplio que un solo gen.
Ahora, por ejemplo, el tratamiento de bisulfito de ADN metilado
(methylC-ss) o su inmunoprecipitacin con anticuerpos contra
citosina metilada (MeDIP-ss) combinado con secuenciacin de prxima
generacin permite la investigacin del estado de metilacin del ADN
de clulas humanas en el nucletido resolution12, 163 . Adems,
inmunoprecipitacin de la cromatina seguido por los modernos de alta
densidad de microarrays o, de nuevo, secuenciacin de prxima
generacin (chip-chip chip y siguientes, respectivamente) puede
determinar con precisin la ubicacin de las diferentes
modificaciones covalentes de histonas a nivel mundial. Con estas
ltimas tcnicas, la bsqueda de la ubicacin en todo el genoma de
cualquier miembro de los mecanismos epigenticos tambin es posible.
Este tipo de enfoque epigenmico ya est revolucionando la
investigacin del cncer, y, por supuesto, algunos ejemplos ya se han
incluido en este review10-12, 18,20. La integracin de estos datos
con la informacin procedente de la genmica y transcriptmica de
manera exponencial se ampliar la comprensin de la tumorignesis y
dar mejores biomarcadores epigenticos para la deteccin, pronstico y
La terapia de prediccin. Por ltimo, en el uso de frmacos
epigenticos para el tratamiento del cncer, se requiere para
promover el conocimiento de las cuestiones clave, tales como las
dosis ptimas para las terapias individuales y combinadas, la
secuencia de la entrega de terapias combinadas y la captacin
tumoral de las terapias. Por otra parte, y teniendo en cuenta que
los efectos de la mayora de los
medicamentos an son tan inespecficos que puede ser un arma de
doble filo, causando efectos secundarios no deseados, ser necesario
el diseo de nuevos agentes contra enzimas especficas de la
maquinaria epigentica, en lugar de mundial procesos. En una era de
una medicina cada vez ms precisa y personalizada, nuevos frmacos
epigenticos podran desarrollarse incluso en contra de las distintas
isoformas o variantes mutadas de determinadas enzimas que
participan en tipos muy especficos de cncer.
