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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS CARACTERIZACIÓN DE RESISTENCIA MÚLTIPLE A FÁRMACOS EN LÍNEAS CELULARES DE ADENOCARCINOMA DE PULMÓN. T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: BIÓLOGA P R E S E N T A: ANA KAREM MORA MORENO DIRECTOR DE TESIS: DR. RÁUL BARRERA RODRÍGUEZ 2014 Ciudad Universitaria, D. F. UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 2 1. Datos del alumno 1. Datos del alumno Apellido paterno Mora Apellido materno Moreno Nombres Ana Karem Teléfono 56690565 ó 0445529152819 Universidad Nacional Autónoma de México Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias Facultad de Ciencias Carrera Biología Número de cuenta 305226800 2. Datos del tutor 2. Datos del tutor Grado M.I.B.B. Nombre (s) Raúl Apellido paterno Barrera Apellido materno Rodríguez 3. Datos del sinodal 1 3. Datos del sinodal 1 Grado Dra. Nombre (s) Blanca Margarita Apellido paterno Bazán Apellido materno Perkins 4. Datos del sinodal 2 4. Datos del sinodal 2 Grado M. en C. Nombre (s) María Isabel Apellido paterno Gracia Apellido materno Mora 5. Datos del sinodal 3 5. Datos del sinodal 3 Grado M. en C. Nombre (s) Francisco Apellido paterno Sánchez Apellido materno Bartéz 6. Datos del sinodal 4 6. Datos del sinodal 4 Grado M. en C. Nombre (s) Horacio Valdemar Apellido paterno Bárcenas Apellido materno Rodríguez 7. Datos del trabajo escrito 7. Datos del trabajo escrito Titulo Caracterización de resistencia múltiple a fármacos en líneas celulares de adenocarcionama de pulmón Número de páginas 45 Año 2014 3 Agradecimientos Quiero dedicar esta tesis primero que nada a mis padres que me brindaron su apoyo en todo momento, les agradezco por cada sacrificio que hicieron con tal de darme la oportunidad de estudiar y de llegar hasta este punto. También por sus porras de ánimos, pero también por cada regaño y cada jalón de orejas. Quiero que me perdonen por los momentos en los que pude estar ausente o si les conteste mal en algún momento, nunca fue mi intensión, es sólo que el estrés me rebasó y no supe controlarme. Ahora lo entiendo y créanme que he aprendido. Gracias también al Dr. Raúl Barrera, por soportarme todo este tiempo, por sus consejos, su conocimiento, su dedicación, sus regaños, pero también por sus ánimos. Cada momento que me brinda me ha servido de aprendizaje. Y principalmente GRACIAS por escucharme en los momento que más he necesitado de alguien. Gracias a mi familia que fueron mi inspiración para poder llegar a graduarme. Por confiar en mí, y nunca dejarme de demostrar su amor y su apoyo incondicional. Gracias a mi novio Víctor Hugo, porque siempre me has apoyado, y has sido mi soporte y mi motor para seguir adelante en el momento que más quería tirar la toalla. Tú me has enseñado a que no importa que tan grande y dolorosa sea la caía, mientras aprenda de ella y me sepa levantar de la mejor manera, para que no vuelva a caer. Gracias también por entender mis momentos de ausencia. Gracias a todos mis amigos por el apoyo y sus porras, y principalmente GRACIAS a Benjamín Casazza, Arturo Vázquez y Jeannette Diego, que han confiado en mí y son un motor para seguir en la vida y sentirme mejor cada día. Gracias a mis sinodales, primero por aceptar ser parte de mis sinodales, y porque dedicaron su tiempo para leer mi tesis y darme sus comentarios y/o correcciones. Dando su visto bueno. Gracias infinitas a todos !!!!!!!!!!!!!!!! 4 Índice Abreviaturas................................................................................................................................ 6 Resumen..................................................................................................................................... 7 Índice de figuras, tablas y gráficas.............................................................................................. 8 1. Introducción............................................................................................................................ 9 1.1 Biología tumoral........................................................................................................ 9 1.2 Carcinogénesis......................................................................................................... 11 1.3 Oncogenes y cáncer................................................................................................. 12 1.4 Anti-oncogenes: Gen supresor p53 como un ejemplo.............................................. 13 2. Cáncer de pulmón................................................................................................................... 13 2.1 Epidemiología........................................................................................................... 13 2.2 Origen y clasificación histopatológica de los tumores de pulmón............................. 15 2.3 Factores de riesgo.................................................................................................... 15 2.4 Tratamiento de los tumores de pulmón.................................................................... 16 2.5 Resistencia múltiple a fármacos............................................................................... 16 2.6 Transportadores ABC............................................................................................... 17 2.7 Glicopreteína P (gp-P) ............................................................................................. 19 2.8 Transportadores MRPs............................................................................................. 21 2.9 Transportadores BCRP............................................................................................. 21 2.10 Topoisomerasas..................................................................................................... 23 2.11 Fármacos contra el cáncer de pulmón.................................................................... 23 3. Antecedentes.......................................................................................................................... 24 4. Objetivo general...................................................................................................................... 25 4.1 Objetivo particular..................................................................................................... 25 5. Hipótesis................................................................................................................................. 25 6. Justificación............................................................................................................................ 26 7. Metodología............................................................................................................................ 26 5 7.1 Líneas celulares........................................................................................................26 7.2 Determinación de la velocidad de crecimiento......................................................... 27 7.3 Ensayos de retención, expulsión e inhibición de doxorrubicina................................ 27 7.4 Ensayo de citotoxicidad............................................................................................ 28 7.5 Inmunocitoquímica anti topo IIα................................................................................ 28 7.6 Síntesis cDNA y análisis de expresión génica por RT-PCR..................................... 28 8. Resultados.............................................................................................................................. 29 8.1 Curvas de crecimiento.............................................................................................. 29 8.2 Estudios de Citotoxicidad.......................................................................................... 31 8.3 Análisis de RT-PCR para genes de resistencia........................................................ 33 8.4 Contribución de la gp-P a la resistencia a doxorrubicina.......................................... 35 8.5 Localización intracelular de Topoisomerasa IIα........................................................ 36 9. Discusión................................................................................................................................ 38 10. Conclusión............................................................................................................................ 40 11. Referencias........................................................................................................................... 41 12. Anexos.................................................................................................................................. 44 6 Lista de abreviaciones. Por su significado en español CCNP: Carcinoma de células no pequeñas CCP: Carcinoma de células pequeñas Cs-A: Ciclosporina-A DMSO: Dimetilsulfóxido DXR: Doxorrubicina gp-P: Glicoproteína-P IHQ: Inmunohistoquímica Top IIα: topoisomerasa alfa y Top IIβ: topoisomerasa beta Topo I: topoisomerasa I VM-26: Tenipósido VP16: Etopósido Por su significado en inglés ABC: ATP Binding Cassette (Proteína con cassette de unión) ATCC: American type culture collection BCRP/ABCG2: Breast cancer resistance protein (Proteína resistente al cáncer de mama) EGF: Epidermal growth factor (Factor de crecimiento epidérmico) EGFR: Epidermal growth factor receptor (Receptor del factor de crecimiento epidérmico) G3PDH: Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (gliceraldehido 3-fosfato dehidrogenasa) GSH: Glutathione (glutatión) GST: Glutathione S-transferase (glutatión de transferasa) HER-2: Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 (Receptor del factor de crecimiento epidérmico humano 2) MDR: Multidrug resistance (Resistencia a múltiples fármacos) MRP1/ABCC1: Multidrug resistance Protein 1 (Resistencia relacionada a MDR) MTT: Thiazoyl (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5- diphenyltetrazolium bromide) PDGF: Platelet derived growth factor (Factor de crecimiento derivado de plaquetas) RT-PCR: Reverse transcription polymerase chain reaction (reacción en cadena de la polimerasa con transcriptasa inversa) TGF: Transforming growth factor (Factor de crecimiento transformante alfa y beta) TK: Tyrosine kinase (cinasa de tirosina) VGF: Vascular growth factor (Factor de crecimiento vascular) 7 Resumen. El cáncer de pulmón es la principal causa de muerte por cáncer en el mundo. Una de las razones es que la enfermedad no presenta síntomas en etapas tempranas, además de que no se cuentan con marcadores de detección oportuna. El fracaso del tratamiento de quimioterapia es consecuencia de la resistencia a múltiples fármacos. Este fenómeno se caracteriza porque las células no son afectadas por una gran variedad de fármacos antitumorales. Dentro del los mecanismos de resistencia se encuentran miembros de la familia de los transportadores ABC, tales como la glicoproteína-P/ABCB1, MRP1/ABCC1, BCRP/ABCG2, los cuales parecen explicar estos mecanismos. Sin embargo, el papel que desempeña cada uno de ellos en la resistencia de los tumores del pulmón, es poco entendido. Objetivo: La finalidad de este trabajo fue caracterizar los patrones de resistencia múltiple a fármacos que presentan varias líneas celulares de cáncer del pulmón, así como analizar algunos de los posibles mecanismos moleculares que puedan asociarse con la resistencia. Método: Se utilizaron dos líneas celulares adquiridas de pacientes no tratados (INER-37 e INER- 51) , de una de ellas se obtuvieron dos clonas (PSC-1 y VP-1), y otra del reservorio ATCC (A427). Las líneas celulares de cáncer del pulmón fueron mantenidas bajo condiciones de cultivo in vitro en RPMI-1640 y 10% de suero fetal bovino. La citotoxicidad a fármacos fue determinada mediante ensayos de viabilidad con MTT. Ciclosporina-A fue utilizada como agente inhibidor de glicoproteína- P y su efecto fue probado en ensayos de citotoxicidad. Para los estudios de expresión de genes de resistencia, se realizaron amplificaciones tipo RT-PCR con oligonucleótidos específicos. Experimentos de inmunocitoquímica permitieron identificar la localización intracelular de topoisomerasa II alfa. Resultados: En cuatro de las líneas celulares fue posible identificar algún grado de resistencia a distintos fármacos. La resistencia a doxorrubicina mediada por glicoproteína-P se encontró en las líneas INER-51 y VP-1. Las líneas INER-37 y VP-1 presentaron una deleción en el gen de topoisomerasa II alfa, lo que le confiera un incremento en la resistencia a etopósido. Las células INER-37, también presentaron el sistema MRP1/GSTµ. Tanto INER-51 como PSC-1 expresaron BCRP, pero su importancia en la resistencia no pudo ser evaluada. En las células A427 no fue posible identificar algún tipo de resistencia, lo que puede explicar la sensibilidad a fármacos. Conclusión: Dentro de los mecanismos de resistencia a fármacos, se encontró la expresión de gp- P, BCRP, el sistema MRP1/GST-µ y deleciones en el gen de topo IIα. Cada línea celular presenta más de un mecanismo de resistencia, lo cual nos permite comprender la presencia del fenotipo MDR. La extrapolación de estos resultados a los CCNP del pulmón permite comprender porque estos tumores son tan resistentes a la quimioterapia y hace más difícil implementar una estrategia de sensibilización. 8 Índice de figuras, tablas y gráficas. Figura 1. Alteraciones moleculares en células normales, que forman una neoplasia................................... 9 Figura 2. Etapas del crecimiento y desarrollo de los tumores....................................................................... 10 Figura 3. Modelo de las tres tapas de la carcinogénesis.............................................................................. 11 Figura 4. Daños en el DNA y oncogenes, que dan origen a la formación de un tumor................................ 12 Tabla 1. Algunos oncogenes y sus productos............................................................................................ 12 Figura 5. Gráfica de defunciones por año de distintos tipos de cáncer......................................................... 14 Figura 6. Histopatología de tumores del pulmón........................................................................................... 15 Tabla 2. Fármacos más utilizados en la quimioterapia y el mecanismo de resistencia asociado................. 17 Figura 7. Estructura típica de un transportador ABC..................................................................................... 18 Figura 8. Estructura de tres miembrosde la familia ABC: ABCC/MRPs, ABCB1/gp-P y ABCG2/BCRP..... 20 Tabla 3. Tejidos en los que hay sobreexpresión de proteínas transportadoras ABC, y la sensibilidad a fármaco que presenta................................................................................................................. 20 Figura 9. BCRP, pg-P, EGFR, MRP´s, Topo II y Bcl2 son algunos mecanismos que forman parte de la familia de transportadores ABC, por los cuales se expulsa el fármaco........................................... 22 Figura 10. Ensayo de RT-PCR que muestra la expresión de MDR-1 en INER-51 y su clona PSC-1, comprándola con un control........................................................................................................... 27 Tabla 4. La secuencia de cada uno de los cebadores en sentido (s) y antisentido (as) .............................. 29 Figura 11. Proliferación celular de cinco líneas celulares de cáncer del pulmón.......................................... 30 Figura 12. Imágenes de fluorescencia que muestran la captación de Doxorrubicina en las células INER-37 e INER-51.......................................................................................................................... 30 Figura 13. Efecto de distintos fármacos en la viabilidad de líneas celulares de cáncer de pulmón.............. 31 Tabla 5. Valores de IC50 obtenidos para distintos fármacos de cada una de las líneas celulares de cáncer de pulmón......................................................................................................................................... 32 Figure 14. Efecto del fármaco Erlotinib en la viabilidad de las líneas celulares y su control......................... 33 Figura 15. Análisis por RT-PCR de la expresión de topo II α y β en líneas tumorales del pulmón............... 34 Figura 16. Estudio de densitometría de varios genes de resistencia múltiple a fármacos expresados por líneas celulares de cáncer del pulmón................................................................... 35 Figura 17. Contribución de la gp-P a la resistencia a doxorrubicina (retención, expulsión e inhibición)....... 36 Figura 18. Localización celular de topo IIα en las líneas INER-37 y VP-1, comparadas con HeLa.............. 37 Figura 19. Inmunihistoquímica muestra la localización citoplasmática y nuclear de la topo IIα.................... 37 1. Introducción El cáncer es una enfermedad que puede surgir como consecuencia de una o varias mutaciones en los genes, con o sin una interacción entre el medio ambiente y la predisposición genética. Esta enfermedad se debe a fallas en los mecanismos que controlan el crec celular, disminuyendo la tasa de muerte celular o apoptosis. Además, tiene la capacidad para invadir los tejidos circundantes (metástasis) Aunque el cáncer comprende al menos 100 enfermedades diferentes, todas las células tumor comparten una característica importante: son células “anormales” en el que los procesos que llevan a cabo la división celular normal se desregulan. Estos daños o cambios son debidos a mutaciones heredadas o inducidas por varios factores, dentro de los y biológicos (i.e. virus (2) y bacterias El cáncer surge de una serie de alteraciones moleculares en células normales, es un proceso que requiere la acumulación de múltiples mutaciones genéticas en una sola célula, lo que le confiere finalmente rasgos característicos de una célula neoplásica (Fig Figura 1. Alteraciones moleculares en células normales, que finalmente forman una célula neoplásica. Típicamente, las células tumorales difieren de las células normales en cuanto a su crecimiento incontrolado. Las células tumorales crecen adquir en su morfología celular, producción de nuevas enzimas y proteínas, que reparan daños al DNA, así como resistencia a xenobióticos (2). 1.1 Biología Tumoral El crecimiento y desarrollo de los tumores se divide en varias etapas: 1) La hiperplasia, es cuando hay demasiadas células resultantes de la división celular incontrolada. Estas células parecen normales, pero se han producido cambios que resultan en una pérdida de control del c 2) la displasia, es el resultado de un mayor crecimiento, acompañado por cambios anormales en las células; 3) la anaplásica, requiere cambios anormales y ahora puede extenderse sobre un área más ampli El cáncer es una enfermedad que puede surgir como consecuencia de una o varias mutaciones en los genes, con o sin una interacción entre el medio ambiente y la predisposición genética. Esta enfermedad se debe a fallas en los mecanismos que controlan el crecimiento y proliferación celular, disminuyendo la tasa de muerte celular o apoptosis. Además, tiene la capacidad para invadir los tejidos circundantes (metástasis) (1). Aunque el cáncer comprende al menos 100 enfermedades diferentes, todas las células tumor comparten una característica importante: son células “anormales” en el que los procesos que llevan a cabo la división celular normal se desregulan. Estos daños o cambios son debidos a mutaciones heredadas o inducidas por varios factores, dentro de los que se reconocen a los físicos (2) y bacterias (3)). El cáncer surge de una serie de alteraciones moleculares en células normales, es un proceso que requiere la acumulación de múltiples mutaciones genéticas en una sola célula, lo que le confiere finalmente rasgos característicos de una célula neoplásica (Figura 1). Alteraciones moleculares en células normales, que finalmente forman una célula neoplásica. Típicamente, las células tumorales difieren de las células normales en cuanto a su crecimiento incontrolado. Las células tumorales crecen adquiriendo diferentes características como; cambios en su morfología celular, producción de nuevas enzimas y proteínas, activación de los mecanismos que reparan daños al DNA, así como resistencia a xenobióticos (2). rollo de los tumores se divide en varias etapas: 1) La hiperplasia, es cuando hay demasiadas células resultantes de la división celular incontrolada. Estas células parecen normales, pero se han producido cambios que resultan en una pérdida de control del c 2) la displasia, es el resultado de un mayor crecimiento, acompañado por cambios anormales en las células; 3) la anaplásica, requiere cambios adicionales, en células que son anormales y ahora puede extenderse sobre un área más amplia de tejido. Estas células comienzan 9 El cáncer es una enfermedad que puede surgir como consecuencia de una o varias mutaciones en los genes, con o sin una interacción entre el medio ambiente y la predisposición genética. Esta imiento y proliferación celular, disminuyendo la tasa de muerte celular o apoptosis. Además, tiene la capacidad para Aunque el cáncer comprende al menos 100 enfermedades diferentes, todas las células tumorales comparten una característica importante: son células “anormales” en el que los procesos que llevan a cabo la división celular normal se desregulan. Estos daños o cambios son debidos a mutaciones físicos, químicos, El cáncer surge de una serie de alteraciones moleculares en células normales, es un proceso que requiere la acumulación de múltiples mutaciones genéticas en una sola célula, lo que le confiere Típicamente, las células tumorales difieren de las células normales en cuanto a su crecimiento iendo diferentes características como; cambios activación de los mecanismos rollo de los tumores se divide en varias etapas: 1) La hiperplasia, es cuando hay demasiadas células resultantes de la división celular incontrolada. Estas células parecen normales, pero se han producido cambios que resultan en una pérdida de control del crecimiento; 2) la displasia, es el resultado de un mayor crecimiento, acompañado por cambios anormales en adicionales, en células que son incluso mása de tejido. Estas células comienzan a perder su función original, e invaden tejidos circundantes, incluyendo el torrente sanguíneo (Figura 2) (2). Figura 2. Etapas del crecimiento y desarrollo de los tumores. Imagen modificada de http://cancerologiadequintatarooac.blogspot.mx/2012/08/entendiendo Las características morfológicas y bioquímicas que distinguen a un tumor, pueden ser clave para entender el comportamiento de células neoplásicas y, con ello ayudar en el desarrollo de terapias, que se dirijan únicamente a las células tumorales. Algunas de las características que adquieren, son la inmortalidad, la disminución de la dependencia en facto proliferación, la pérdida de anclaje dependen del crecimiento y del tipo de células, pérdida de control del ciclo celular, reducción de la sensibilidad a la muerte celular, y aumento en la inestabilidad genética (1). Se piensa que las células tumorales son independientes de las células y medio ambiente que rodean, sin embargo, el crecimiento exitoso del microambiente que lo rodea. Es por ello que se describe el cual las células tumorales producen factores de crecimiento que inducen la formación de nuevos vasos sanguíneos. Con frecuencia, los tumores sobre expresan factores pro factor de crecimiento endotelial vascular ( Adicionalmente, algunos otros tumores inducen la producción de estos factores de manera indirecta, siendo capaces de perturbar el equilibrio local tisular de factores pro antiangiogénicos (4). Dada su relevancia en el mantenimiento de la tumoración, la angiogénesis constituye un control importante en la progresión del algunas estrategias se involucran en el desarrollo de agentes monoclonales contra el factor de crecimiento endotelial vascular), así como inhibidores endógenos de la angiogénesis, tales como endostatina y angiostatina a perder su función original, e invaden tejidos circundantes, incluyendo el torrente sanguíneo nto y desarrollo de los tumores. http://patologiab-medicinalp2012.blogspot.mx/2012/05/neoplasias http://cancerologiadequintatarooac.blogspot.mx/2012/08/entendiendo-el-cancer-6.html Las características morfológicas y bioquímicas que distinguen a un tumor, pueden ser clave para tender el comportamiento de células neoplásicas y, con ello ayudar en el desarrollo de terapias, que se dirijan únicamente a las células tumorales. Algunas de las características que adquieren, son la inmortalidad, la disminución de la dependencia en factores de crecimiento para soportar la proliferación, la pérdida de anclaje dependen del crecimiento y del tipo de células, pérdida de control del ciclo celular, reducción de la sensibilidad a la muerte celular, y aumento en la las células tumorales son independientes de las células y medio ambiente que rgo, el crecimiento exitoso del tejido tumoral está íntimamente relacionado con el . Es por ello que se describe el fenómeno llamado angiogénesis, en el cual las células tumorales producen factores de crecimiento que inducen la formación de nuevos vasos sanguíneos. Con frecuencia, los tumores sobre expresan factores pro-angiogénicos, como el lial vascular (VGF), que les permite hacer este cambio angiogénico. Adicionalmente, algunos otros tumores inducen la producción de estos factores de manera indirecta, siendo capaces de perturbar el equilibrio local tisular de factores pro- (4). Dada su relevancia en el mantenimiento de la tumoración, la angiogénesis constituye un control importante en la progresión del cáncer (2). En el tratamiento contra el cáncer, algunas estrategias se involucran en el desarrollo de agentes anti-angiogénicos (anticuerpos monoclonales contra el factor de crecimiento endotelial vascular), así como inhibidores endógenos de la angiogénesis, tales como endostatina y angiostatina (4). 10 a perder su función original, e invaden tejidos circundantes, incluyendo el torrente sanguíneo medicinalp2012.blogspot.mx/2012/05/neoplasias-i.html y Las características morfológicas y bioquímicas que distinguen a un tumor, pueden ser clave para tender el comportamiento de células neoplásicas y, con ello ayudar en el desarrollo de terapias, que se dirijan únicamente a las células tumorales. Algunas de las características que adquieren, res de crecimiento para soportar la proliferación, la pérdida de anclaje dependen del crecimiento y del tipo de células, pérdida de control del ciclo celular, reducción de la sensibilidad a la muerte celular, y aumento en la las células tumorales son independientes de las células y medio ambiente que las tejido tumoral está íntimamente relacionado con el fenómeno llamado angiogénesis, en el cual las células tumorales producen factores de crecimiento que inducen la formación de nuevos angiogénicos, como el ), que les permite hacer este cambio angiogénico. Adicionalmente, algunos otros tumores inducen la producción de estos factores de manera -angiogénicos y (4). Dada su relevancia en el mantenimiento de la tumoración, la angiogénesis En el tratamiento contra el cáncer, angiogénicos (anticuerpos monoclonales contra el factor de crecimiento endotelial vascular), así como inhibidores endógenos Finalmente las células tumorales proliferan, logrando así colon que se formó se le conoce como tumor secundario o metástasis, y al tumor del cual provienen las metástasis se le conoce como tumor primario. Las células que logran desplazarse pueden llegar a otras partes del organismo no sólo por los vasos sanguíneos y linfáticos sino también se pueden propagar por medio de las membranas o por simple contacto entre los órganos. 1.2 Carcinogénesis La carcinogénesis es un proceso que conduce a mutaciones genéticas inducidas por agentes físicos o químicos. Este proceso se distingue en tres etapas: iniciación, promoción y progresión (figura 3). a) Iniciación: Implica cambios irreversibles genéticos; uno o más cambios celulares de forma espontánea o inducida por la exposición a un carcinógeno producen en las células iniciadas pueden conferir ventaja de crecimiento por controles normales del crecimiento b) Promoción: Son cambio posteriores de una célula neoplásica, y que no requiere la exposición repetida y prolongada de estímulos que promueven al desarrollo del cáncer (5). para el desarrollo neoplásico bajo la influenci c) Progresión: Es el proceso por el cual cambios sucesivos en la la formación del tumor. A medida que que conducen una heterogeneidad de neoplásica donde las células pre más comprometidos con el desarrollo maligno (5). Figura 3. Modelo de las tres tapas de la carcinogénesis. Finalmente las células tumorales proliferan, logrando así colonizar un nuevo tejido. Al nuevo tumor que se formó se le conoce como tumor secundario o metástasis, y al tumor del cual provienen las metástasis se le conoce como tumor primario. Las células que logran desplazarse pueden llegar a no sólo por los vasos sanguíneos y linfáticos sino también se pueden propagar por medio de las membranas o por simple contacto entre los órganos. La carcinogénesis es un proceso que conduce a mutaciones genéticas inducidas por agentes físicos o químicos. Este proceso se distingue en tres etapas: iniciación, promoción y progresión mplica cambios irreversibles genéticos; uno o más cambios celulares de forma espontánea o inducida por la exposición a un carcinógeno (5,6). Mutaciones en el DNA que se producen en las células iniciadas pueden conferir ventaja de crecimiento más rápido, sin pasar por controles normales del crecimiento celular (5). cambio posteriores de una célula “iniciada” que la llevan a la transformación neoplásica, y que no requiere la exposición repetida y prolongada de estímulos que promueven La mutación genética causada por el agente iniciador para el desarrollo neoplásico bajo la influencia del agente promotor (5). s el proceso por el cual cambios sucesivos en las células malignas A medidaque este crece, las células pueden adquirir más mutaciones a heterogeneidad del tejido tumoral. En esta etapa hay una conversión neoplásica donde las células pre-neoplásicas se transforman en un estado en el que están más comprometidos con el desarrollo maligno (5). Modelo de las tres tapas de la carcinogénesis. 11 izar un nuevo tejido. Al nuevo tumor que se formó se le conoce como tumor secundario o metástasis, y al tumor del cual provienen las metástasis se le conoce como tumor primario. Las células que logran desplazarse pueden llegar a no sólo por los vasos sanguíneos y linfáticos sino también se pueden La carcinogénesis es un proceso que conduce a mutaciones genéticas inducidas por agentes físicos o químicos. Este proceso se distingue en tres etapas: iniciación, promoción y progresión mplica cambios irreversibles genéticos; uno o más cambios celulares de forma . Mutaciones en el DNA que se más rápido, sin pasar a la transformación neoplásica, y que no requiere la exposición repetida y prolongada de estímulos que promueven La mutación genética causada por el agente iniciador, es esencial malignas conducen a más mutaciones . En esta etapa hay una conversión neoplásicas se transforman en un estado en el que están 1.3 Oncogenes y cáncer La oncogenesis parece originarse en parte por (algunos de ellos) en la regulación del ciclo celular. Estos genes son conocidos ya que estudios iniciales mostraron que eran capaces de cultivo in vitro. Para distinguirlos de su contraparte celular presente en las células normales oncogenes), los oncogenes tienen un prefijo que describe su origen o el tipo de tumor del que fueron inicialmente identificados, i.e. el oncogen sarcoma de Rous, mientras que fecha, se han identificado más de un parece participar de manera individual en el desarrollo de tumores. Muchos oncogenes se expresan en niveles bajos y se requieren para diferenciación celular (figura 4) (6). Figura 4. Daños en el DNA y oncogenes, que dan origen a la formación de un tumor. Imagen modifica de http://www.web Los oncogenes y sus productos pueden agruparse en cuatro tipos básicos (tabla 1)(6): Tabla 1. Algunos oncogenes y sus productos. Factores de crecimiento Receptores de factores de crecimiento Transductores de señales con actividad de cinasas Factores nucleares parece originarse en parte por la activación de cierto grupo de genes implicados en la regulación del ciclo celular. Estos genes son conocidos como ya que estudios iniciales mostraron que eran capaces de producir una transformación de células en Para distinguirlos de su contraparte celular presente en las células normales los oncogenes tienen un prefijo que describe su origen o el tipo de tumor del que nte identificados, i.e. el oncogen v-src, se refiere al oncogen viral que produce el , mientras que N-myc denota el oncogen expresado por el neuroblastoma. A la fecha, se han identificado más de un centenar de oncogenes, aunque sólo una minoría de ellos ce participar de manera individual en el desarrollo de tumores. Muchos oncogenes se expresan en niveles bajos y se requieren para llevar a cabo procesos como la división o (6). l DNA y oncogenes, que dan origen a la formación de un tumor. http://www.web-books.com/MoBio/Free/Ch10D2.htm Los oncogenes y sus productos pueden agruparse en cuatro tipos básicos (tabla 1)(6): oncogenes y sus productos. PDGF codifica para factor de crecimiento derivado de plaquetas EGF factor de crecimiento epidérmico TGF-α y β factores de crecimiento transformante. EGFR codifica para el receptor del factor de crecimiento epidérmico Transductores de señales con actividad de Familia RAS, K-ras, N-ras Familia myc, FOS. 12 la activación de cierto grupo de genes implicados como oncogenes, producir una transformación de células en Para distinguirlos de su contraparte celular presente en las células normales (proto- los oncogenes tienen un prefijo que describe su origen o el tipo de tumor del que , se refiere al oncogen viral que produce el denota el oncogen expresado por el neuroblastoma. A la minoría de ellos ce participar de manera individual en el desarrollo de tumores. Muchos oncogenes se llevar a cabo procesos como la división o Los oncogenes y sus productos pueden agruparse en cuatro tipos básicos (tabla 1)(6): PDGF codifica para factor de crecimiento derivado de plaquetas para el receptor del factor de crecimiento epidérmico. 13 1.4 Anti-oncogenes: Gen supresor p53 como un ejemplo Muchos estudios sobre la biología molecular de los tumores han mostrado que la perdida de función de genes supresores puede promover la oncogénesis y vincularse directamente con el desarrollo y la progresión de diferentes tipos de cáncer. Dentro de los genes supresores, uno de los más conocidos es el gen p53. Este gen se localiza en el cromosoma 17p13 y codifica para una fosfoproteína nuclear encargada de la proliferación celular en células normales. En condiciones que dañan el DNA, p53 actúa como un censor de la lesión, retrasando la continuidad del ciclo celular en una fase G1/S, y activando la expresión de genes cuyos productos producen la reparación. Cuando el daño es irreparable, p53 activa los mecanismos de muerte programada o apoptosis. Las mutaciones en p53 eliminan esta respuesta de control, lo cual trae como consecuencia un aumento en la frecuencia de mutaciones, re-arreglos génicos y, en algunos casos, se inducen mecanismos de resistencia múltiple a fármacos. La inestabilidad genética inducida por alteraciones de un gen encargado de censar los errores en la replicación, puede contribuir a la inactivación de otros genes supresores e incrementar la frecuencia de mutaciones. Esta inestabilidad genética parece aumentar la posibilidad de que las células transformadas escapen a las restricciones al crecimiento impuesto a todas las células normales (7). La inactivación de p53 es un fenómeno común en varios tipos de tumores humanos como el cáncer de pulmón. Se presenta en más del 50% de los tipos de cáncer humano que involucran mutaciones en uno de los alelos de p53, acompañadas por deleciones del otro alelo y, en el resto de los casos, se encuentran productos de oncogenes o proteínas virales que inactivan a p53 (7). 2. El cáncer de pulmón. 2.1 Epidemiología El cáncer de pulmón es uno de los tipos de cáncer más comúnmente diagnosticados y es la causa principal de muerte por cáncer en el mundo, siendo responsable de 13% (1.6 millones) del total de casos de cáncer y 18% (1.4 millones) de muertes en el 2008. Entre las mujeres aparece como la cuarta causa de diagnóstico de cáncer en el mundo y la segunda causa de muerte. En hombres los más altos índices de incidencia varían, se encuentran en el este y sur de Europa, norte América, Micronesia y Polinesia y el Este de Asia (8, 9). Durante las últimas tres décadas la historia natural del cáncer de pulmón ha cambiado, así, los 80´s la incidencia de cáncer pulmonar alcanzó un pico en los hombres de Norte América, Australia, Nueva Zelanda y varios países del Noroeste de Europa, y desde entonces ha comenzado a descender. Las proyecciones indican que para el 2020 habrá 10.3 millones de muertes en todo el mundo, de las cuales 951 mil serán en Norteamérica, 427 mil en el sur de Europa, 388 mil en el Norte de África, 331 mil en el sureste de Asia, 297 mil en el norte de Europa y más de 83 corresponderán a América Latina y el Caribe ( Como en otros países en vías de desarrollo, el cáncer de pulmón en México es también un problema creciente. Tan solo en 1985 el cáncer de pulmón fue responsable de 4,209 defunciones, con una tasa de mortalidad estimada de 4.5 por 100,000 habitantes. Diez tumor alcanzó el primer lugar como causa de mortalidad por tumores malignos con defunciones producidas por cáncer pulmonar y habiéndose reportado para ese periodo untotal de 413,731 muertes por cáncer. En una etapa más reciente ( muertes ocasionadas por tumores malignos y de estos, 45,578 (11.5%) correspondieron a los tumores del pulmón. Para este periodo, la mortalidad anual estimada fue de 6.5, repartida siguiente manera: para hombres se 8.9; mientras que para mujeres se reportaron 4,553 (31.9%) con (Figura 5) (11). Alarmantemente todos estos datos muestran un incremento en la patología pulmonar neoplásica la cual puede trad ocurrieron 15 muertes cada 24 hrs, hoy podemos estimar que este número se ha incrementado a 21 decesos por día (12, 13). Figura 5. Gráfica de defunciones por año de distintos tipos de cáncer, siendo la mayor causa de muerte de pulmón (11). en el sureste de Asia, 297 mil en el norte de Europa y más de 83 atina y el Caribe (10, 11). Como en otros países en vías de desarrollo, el cáncer de pulmón en México es también un problema creciente. Tan solo en 1985 el cáncer de pulmón fue responsable de 4,209 defunciones, con una tasa de mortalidad estimada de 4.5 por 100,000 habitantes. Diez años después, este el primer lugar como causa de mortalidad por tumores malignos con defunciones producidas por cáncer pulmonar y habiéndose reportado para ese periodo un total de 413,731 muertes por cáncer. En una etapa más reciente (1998 a 2004) se reportaron 397,400 muertes ocasionadas por tumores malignos y de estos, 45,578 (11.5%) correspondieron a los tumores del pulmón. Para este periodo, la mortalidad anual estimada fue de 6.5, repartida siguiente manera: para hombres se registraron 31,025 (68.1%) casos con una mortalidad anual de 8.9; mientras que para mujeres se reportaron 4,553 (31.9%) con una mortalidad anual de 4.1. Alarmantemente todos estos datos muestran un incremento en la patología lásica la cual puede traducirse en que si bien durante el periodo de 1985 ocurrieron 15 muertes cada 24 hrs, hoy podemos estimar que este número se ha incrementado a Gráfica de defunciones por año de distintos tipos de cáncer, siendo la mayor causa de muerte 14 en el sureste de Asia, 297 mil en el norte de Europa y más de 833 mil Como en otros países en vías de desarrollo, el cáncer de pulmón en México es también un problema creciente. Tan solo en 1985 el cáncer de pulmón fue responsable de 4,209 defunciones, años después, este el primer lugar como causa de mortalidad por tumores malignos con 56,480 defunciones producidas por cáncer pulmonar y habiéndose reportado para ese periodo un total de 1998 a 2004) se reportaron 397,400 muertes ocasionadas por tumores malignos y de estos, 45,578 (11.5%) correspondieron a los tumores del pulmón. Para este periodo, la mortalidad anual estimada fue de 6.5, repartidas de la registraron 31,025 (68.1%) casos con una mortalidad anual de una mortalidad anual de 4.1. Alarmantemente todos estos datos muestran un incremento en la patología el periodo de 1985-1995 ocurrieron 15 muertes cada 24 hrs, hoy podemos estimar que este número se ha incrementado a Gráfica de defunciones por año de distintos tipos de cáncer, siendo la mayor causa de muerte 2.2 Origen y clasificación histopatológica de los tumores de pulmón El cáncer primario de pulmón empieza con cambios celulares en los bronquios, e las células epiteliales y puede invadir tejidos adyacentes antes de que los síntomas se manifiesten. Histológicamente, existen muchos tipos de cáncer de pulmón, pero básicamente se pueden clasificar en dos: carcinoma de células pequeñas ( observando que sólo el 6.2% de los casos de personas que lo desarrollan, llegan a vivir hasta 5 años con tratamientos de quimioterapia (CCNP), es más común, presen que solamente el 17.3% de los casos puede llegar a vivir hasta 5 años. El carcinoma de células no pequeñas se sub-clasifican principalmente en tres tipos: escamoso (30%), adenocarcinoma (40% dentro de estos encontramos ocho gigantes y fibroso)), y células gigantes (10 Figura 6. Histopatología de tumores del pulmón 2.3 Factores de riesgo El tabaquismo es el factor de riesgo más importante para el desarrollo de cáncer de pulmón. Más del 85% de todos los pacientes con cáncer de pulmón tienen un historial de tabaquismo. Cabe mencionar que existen otros factores además de cigarro que influyen enfermedad como son: la exposició susceptibilidad genética, y quizás el bajo consumo de frutas Muchos productos químicos industriales también son cancerígenos, incluyendo benceno, otros solventes orgánicos, y arsénico. Estos factores probablemente actúan directa o indirectamente sobre algunos genes que están implicados en 2.2 Origen y clasificación histopatológica de los tumores de pulmón El cáncer primario de pulmón empieza con cambios celulares en los bronquios, específicamente en las células epiteliales y puede invadir tejidos adyacentes antes de que los síntomas se manifiesten. Histológicamente, existen muchos tipos de cáncer de pulmón, pero básicamente se pueden clasificar en dos: carcinoma de células pequeñas (CCP), se presentan en un 15% de los casos, observando que sólo el 6.2% de los casos de personas que lo desarrollan, llegan a vivir hasta 5 con tratamientos de quimioterapia, mientras que el carcinoma de células no pequeñas (CCNP), es más común, presentándose en un 85% de los casos, aunque también encontramos que solamente el 17.3% de los casos puede llegar a vivir hasta 5 años. El carcinoma de células no clasifican principalmente en tres tipos: escamoso (30%), adenocarcinoma (40% o de estos encontramos ocho subtipos (acinar, cístico, papilar, anillo, mucinoso, cribiforme, , y células gigantes (10-15%) (Figura 6) (14). Histopatología de tumores del pulmón. El tabaquismo es el factor de riesgo más importante para el desarrollo de cáncer de pulmón. Más del 85% de todos los pacientes con cáncer de pulmón tienen un historial de tabaquismo. Cabe mencionar que existen otros factores además de cigarro que influyen en el desarrollo de la enfermedad como son: la exposición laboral al asbesto, el radón, los rayos X, virus, y quizás el bajo consumo de frutas, verduras y micronutrientes Muchos productos químicos industriales también son cancerígenos, incluyendo benceno, otros solventes orgánicos, y arsénico. Estos factores probablemente actúan directa o indirectamente sobre algunos genes que están implicados en cáncer (2). 15 2.2 Origen y clasificación histopatológica de los tumores de pulmón specíficamente en las células epiteliales y puede invadir tejidos adyacentes antes de que los síntomas se manifiesten. Histológicamente, existen muchos tipos de cáncer de pulmón, pero básicamente se pueden CCP), se presentan en un 15% de los casos, observando que sólo el 6.2% de los casos de personas que lo desarrollan, llegan a vivir hasta 5 , mientras que el carcinoma de células no pequeñas tándose en un 85% de los casos, aunque también encontramos que solamente el 17.3% de los casos puede llegar a vivir hasta 5 años. El carcinoma de células no- clasifican principalmente en tres tipos: escamoso (30%), adenocarcinoma (40%; acinar, cístico, papilar, anillo, mucinoso, cribiforme, El tabaquismo es el factor de riesgo más importante para el desarrollo de cáncer de pulmón. Más del 85% de todos los pacientes con cáncer de pulmón tienen un historial de tabaquismo. en el desarrollo de la los rayos X, virus, luz ultravioleta, verduras y micronutrientes (15).. Muchos productos químicos industriales también son cancerígenos, incluyendo benceno, otros solventes orgánicos, y arsénico. Estos factores probablemente actúan directa o indirectamente 16 2.4 Tratamiento de los tumores de pulmón Durante las dos últimas décadas, se ha realizado un gran esfuerzo por reducir el número de muertes en pacientes con cáncer del pulmón. Los tratamientos involucran cirugía, quimioterapia y/o radioterapia. Habitualmente, la cirugía permanece como la mejor modalidad de tratamiento para tratarde obtener una cura potencial en pacientes con CCNP. Sin embargo, a pesar de una completa disecación del tumor, la expectativa de vida a 5 años presenta resultados desalentadores, con un 65% para pacientes con enfermedad en etapa inicial [T1N0M0] (T, tamaño del tumor; N, ganglios; y M, metástasis) (16, 17). Y es que a pesar de la experiencia obtenida con terapias combinadas, la sobrevida de pacientes con cáncer del pulmón es muy corta. Dado este gran problema, la detección oportuna del cáncer de pulmón es primordial como una estrategia para prevenir el número de muertes provocadas por ésta enfermedad, evitando el avance de la enfermedad. El éxito en los programas de detección se basan en la premisa de que “es posible la detección de un tumor de tamaño pequeño”, mismos que corresponden a una etapa inicial del proceso carcinogénico. De esta manera, las guías de detección oportuna del cáncer de pulmón sugieren el uso de la tomografía computada helicoidal de baja dosis (CT) (18). 2.5 Resistencia múltiple a fármacos Históricamente se reconoce la resistencia clínica que presentan los tumores del pulmón a la quimioterapia. Los CCNP a menudo son intrínsecamente resistentes a varios medicamentos contra el cáncer, mientras que las CCP pueden adquirir resistencia con la administración continuada del fármaco (19). El tratamiento con quimioterapia (QT), es una modalidad de tratamiento importante en la atención primaria para pacientes con cáncer de pulmón. Sin embargo, clínicamente algunos de ellos no responden al tratamiento, o bien al principio responden y luego se hacen resistentes a la QT. Esto puede conducir a un cambio en el fármaco, para mejorar el pronóstico clínico. A este fenómeno lo conocemos como resistencia múltiple a fármacos (“MDR”, multidrug resistance) (20, 21). En las células tumorales este fenómeno se caracteriza porque las células presentan resistencia a una gran variedad de fármacos antitumorales, que no presentan relación química o funcional. El fenómeno trae como resultado una deficiencia en la captación, acumulación intracelular o disminución de la actividad de los fármacos y en consecuencia, resistencia (22). Sin embargo, aun no se conocen completamente los mecanismos celulares que desarrollan las células tumorales del pulmón, los cuales les confieren el fenotipo de resistencia (23). Dada la falta de respuesta a la quimioterapia, los tumores de pulmón han sido utilizados por varios años como un modelo para el estudio de los mecanismos de resistencia clínica a fármacos (tabla 17 2). Así, el conocimiento que se tiene sobre estos tumores muestra que los CCP del pulmón, presentan comúnmente sensibilidad a la quimioterapia, pero posterior a un tratamiento, rápidamente adquieren un fenotipo de resistencia múltiple a fármacos. Un fenómeno diferente se observa en los CCNP, ya que estos tumores presentan una resistencia innata a la quimioterapia, en donde el tumor no responde al tratamiento inicial (24, 25, 26). Tabla 2. Algunos fármacos más utilizados en la quimioterapia y el mecanismo de resistencia asociado (27). Tipo de fármaco Nombre Blanco Mecanismo de Resistencia Alquilantes Mecloretamina Mefalán Clorambucil Ciclofosfamida Nitrosaurea Cis-platino Carboplatino Decarbacina Isofosfamida DNA Sistema MRPs / GST’s Antimetabolitos Methotrexato 5-Fluorouracilo Arabinosido de citosina 6-Mercaptopurina 6-Tioguanina Dihidrofolato reductasa Timidilato cintaza Polimerasa α de DNA Síntesis de purinas Síntesis de purinas MRP3 Antibióticos Vincristina Vinblastina Taxol Camptotecina Etopósido Tenipósido Tubulina Tubulina Tublina Topo I Topo II Topo II MRP y gp-P gp-P Mutaciones en tubulina, gp-P Mutaciones en Topo I, gp-P Mutaciones en Topo II, MRP1, 2 y 3, gp-P Mutaciones en Topo II, MRP1, 2 y 3 , gp-P Alkaloides Vegetales Bleomicina Pliamicina Doxorrubicina Daunorrubicina Actinomicina D Mitomicina C DNA DNA DNA y Topo II DNA y Topo II DNA DNA MRP1 y 2, gp-P MRP1 y 2, gp-P gp-P 2.6 Transportadores ABC A la fecha, muchas de las proteínas que participan en la eliminación de fármacos, se encuentran relacionadas a la súper familia de transportadores con “cassette” de unión a ATP (proteínas transportadoras ABC: ATP Binding Cassette). Estas proteínas transportadoras representan una superfamilia altamente diversificada en todos los reinos de la vida, con 49 proteínas humanas, 14 de los cuales están asociados con varias enfermedades (28). Los miembros de esta superfamilia transportan una gran variedad de sustratos o hacia fuera (eflujo) de las células o de membranas de organelos intracelulares. La variedad de sustratos es enorme, pero dentro de estos se incluyen: nutrientes, iones, péptidos, antibióticos y otras toxinas (29). Adicionalmente, l endógenos, incluyendo los aniones inorgánicos, iones metálicos, péptidos, aminoácidos, azúcares y un gran número de compuestos hidrófobos y metabolitos ( Por definición, las proteínas ABC poseen un “cas "dominio de unión a nucleótido" conocidos como Walker A, Walker (LSGG), conocida como “secuenc transportadores ABC también contienen dominios transmembrana cuales comprende varias estructuras de Figura 7. Estructura típica de un transportador ABC. Cada dominio contiene 6 segmentos transmembranales (TMD) y NBDs contiene los motivos Walker A y Walker B. La familia de transportadores ha sido dividida en seis subfamilias basada en su similitud secuencias y estructuras. En tumores humanos, tres tipos de fenotipo la MDR: gp-P/ABCB1, MRP1/ABCC1 y BCRP/ABCG2. alguno de estos transportadores, mantiene bajas las concentraciones intracelulares de un fármaco, ya que lo expulsa de la célula frecuentemente a través de un mecanismo activo dependiente de ATP. Destaca el que la mayoría de los relación estructural ni funcional, como por ejemplo: y alcaloides de la vinca (19). Los miembros de esta superfamilia transportan una gran variedad de sustratos hacia dentro (flujo) o hacia fuera (eflujo) de las células o de membranas de organelos intracelulares. La variedad de sustratos es enorme, pero dentro de estos se incluyen: nutrientes, iones, péptidos, antibióticos y . Adicionalmente, las proteínas ABC transportan un número de sustratos endógenos, incluyendo los aniones inorgánicos, iones metálicos, péptidos, aminoácidos, azúcares y un gran número de compuestos hidrófobos y metabolitos (29). Por definición, las proteínas ABC poseen un “cassette” de unión a ATP, también conocido como el " (NBD). El NBD contiene varios motivos altamente conservados, Walker B y, una secuencia de cuatro aminoácidos conservados secuencia firma de las ABC”, así como dos asas ( transportadores ABC también contienen dominios transmembranales (TMD), cada u estructuras de α-hélices hidrofóbicas (Figura 7) (30). Estructura típica de un transportador ABC. Cada dominio contiene 6 segmentos transmembranales (TMD) y NBDs contiene los motivos Walker A y Walker B. familia de transportadores ha sido dividida en seis subfamilias basada en su similitud tipos de transportadores ABC están asociado con la adquisición de un P/ABCB1, MRP1/ABCC1 y BCRP/ABCG2. La sobreexpresión de estos transportadores, mantiene bajas las concentraciones intracelulares de un fármaco, ya que lo expulsa de la célula frecuentemente a través de un mecanismo activo dependiente de estaca el que la mayoría de los fármacos involucrados en este mecanismo no guardan relación estructural ni funcional, como por ejemplo: el cisplatino, metotrexato, taxanos, antraciclinas 18 hacia dentro (flujo) o hacia fuera (eflujo) de las células o de membranas de organelos intracelulares. La variedad de sustratos es enorme, pero dentro de estos se incluyen: nutrientes, iones, péptidos, antibióticos y proteínas ABC transportan un número de sustratosendógenos, incluyendo los aniones inorgánicos, iones metálicos, péptidos, aminoácidos, azúcares , también conocido como el ). El NBD contiene varios motivos altamente conservados, una secuencia de cuatro aminoácidos conservados como dos asas (H y Q). Los ), cada uno de los Estructura típica de un transportador ABC. Cada dominio contiene 6 segmentos transmembranales familia de transportadores ha sido dividida en seis subfamilias basada en su similitud de sus están asociado con la adquisición de un expresión génica de de estos transportadores, mantiene bajas las concentraciones intracelulares de un fármaco, ya que lo expulsa de la célula frecuentemente a través de un mecanismo activo dependiente de anismo no guardan trexato, taxanos, antraciclinas 19 2.7 La glicoproteína-P (gp-P) El término de MDR inicia en 1973 con el descubrimiento de Keld Dano en un experimento con células tumorales que presentaban resistencia cruzada a fármacos (31). La resistencia fue atribuida a una proteína transportadora de la membrana celular llamada glicoproteína de permeabilidad o gp-P. Victor Ling y cols. en 1983 (32) dieron a conocer que el aumento de expresión de ésta proteína estaba implicada en la adquisición del fenotipo MDR. Estudios posteriores han mostrado que la gp-P, al estar inserta en la membrana, es capaz de transportar distintos tipos de fármacos, dentro de los cuales se encuentran muchos de los compuestos utilizados en quimioterapia (32). Estudios in vitro con distintas líneas celulares muestran que el grado de resistencia a fármacos frecuentemente se encuentra correlacionado con los niveles de expresión de gp-P (33, 34). La gp-P está compuesta por 1276–1281 amino ácidos y tiene un peso molecular aproximado de 170 kDa. Como otros transportadores ABC, presenta 2 dominios membranales (12 α-helices transmembranales) y dos citoplásmicos que se alternan, debido a esto, se puede dividir la proteína en dos mitades (Figura 8). Entre estas dos mitades se encuentra la región de unión a nucleótido, la cual presenta secuencias consenso de fosforilación por cinasas dependientes de cAMP y cGMP (19, 35). En humanos, se presentan dos genes de MDR-1 (MDR-1 y MDR-3), ambos con gran similitud a nivel de secuencia de nucleótidos. Sin embargo sólo el producto de MDR-1 (gp-P) es capaz de transportar varias sustancias, entre las cuales se encuentran algunas utilizadas como fármacos en la quimioterapia (Tabla 3). En cambio, la transfección del gen de MDR-3 en células sensibles no confiere resistencia, por lo que se supone que sólo el producto de MDR-1 es responsable de un fenotipo de resistencia múltiple (22). Debido a que la mayor diferencia entre estas dos proteínas se encuentra en la región de unión, se cree que esta región es decisiva para la expulsión de los fármacos (31). El modelo actualmente más aceptado propone que la gp-P intercepta los fármacos conforme atraviesan la membrana plasmática y los transporta de la capa interna a la capa externa de la membrana celular y posteriormente los expulsa al medio extracelular. Figura 8. Estructura de tres miembros de la familia d y ABCG2/BCRP. Tabla 3. Tejidos en los que hay sobreexpresión de que presenta (35, 36) Nombre común Quimioterapia. ABCB ABCB1/pg -P Doxorubicina, etopósido, vincristina, metothrexato y daunorrubicina, etc ABCC MRP1/ABCC1 Doxorubicina, etopósido, vincristina, metotrexato y daunorrubicina MRP2/ABCC2 Methotrexato, etopósido, doxorubicina,cisplatino, mitoxantrona MRP3/ABCC3 Etoposido, teniposido, cisplatino, doxorubicina MRP4/ABCC4 Methotrexato MRP5/ABCC5 6-mercaptopurina MRP6/ABCC6 Desconocido ABCG BCRP/ABCG2 Metothrexato, daunorrubicina, doxorrubicina, y pirrubicina Estructura de tres miembros de la familia de transportadores ABC: ABCC /MRPs, ABCB1/gp en los que hay sobreexpresión de proteínas transportadoras ABC, y la sensibilidad a fármaco Presente en tejidos Doxorubicina, etopósido, vincristina, metothrexato y daunorrubicina, etc Hígado y riñones. Adrenal, cerebro y riñón. , etopósido, vincristina, rexato y daunorrubicina Pulmón, testículos y músculo otrexato, etopósido, doxorubicina,cisplatino, mitoxantrona Principalmente en la membrana apical (canalicular) de hepatocitos del plasma, intestino delgado, y los túbulos proximales renales. Hígado, riñón e intestinos Etoposido, teniposido, metothrexato, cisplatino, doxorubicina En el dominio de la membrana baso lateral de las células polarizadas. Hígado, riñón, intestinos, páncreas y glándula adrenal Próstata, testículos, ovarios, intestino, páncreas y pulmón. Hígado, testículos, músculo esquelético y cardíaco Hígado y riñón , daunorrubicina, doxorrubicina, y pirrubicina Placenta, intestino, senos e hígado 20 e transportadores ABC: ABCC /MRPs, ABCB1/gp-P , y la sensibilidad a fármaco Principalmente en la membrana apical (canalicular) de hepatocitos del plasma, intestino delgado, y los Hígado, riñón e intestinos En el dominio de la membrana baso lateral de las Hígado, riñón, intestinos, páncreas y glándula adrenal Próstata, testículos, ovarios, intestino, páncreas y Hígado, testículos, músculo esquelético y cardíaco 21 2.8 Trasportadores MRPs La proteína MRP-1 fue clonada en 1992 a partir de una línea celular de cáncer de pulmón resistente a DXR obtenida, que no expresaba gp-P. Al igual que gp-P, la MRP-1 también pertenece a la superfamilia de transportadores ABC, pero a su vez presenta varias diferencias con respecto a ese transportador ya que sólo comparte un 18% de identidad secuencial. Como proteína ABC es una proteína transmembranal, y presenta 3 dominios membranales (se cree que tiene un total de 17 α-hélices transmembranales); presenta dos dominios ciplásmicos que contienen dos sitios de unión a nucleótidos. La similitud secuencial entre los dos dominios citosólicos es mucho menor que la que presenta gp-P. Esta proteína presenta una relación más estrecha a nivel de secuencia de aminoácidos con el regulador de conductancia transmembranal de fibrosis cística (CFTR) que con la gp-P. A partir del descubrimiento de MRP-1, se han identificado más proteínas homólogas, mismas que son agrupadas en lo que se conoce como la familia de MRP´s. Esta familia se compone de 12 miembros (ABCC1 a ABCC12). A su vez, 8 proteínas pertenecen a los MRP´s (ABCC1-6, y ABCC10-12), una al CFTR (ABCC7) y dos son receptores de sulfonilurea dependientes de ATP (ABCC8, ABCC9) (figura 8) (35). La expresión de MRP1 se presenta normalmente elevada en tejido pulmonar, testículos y músculo, mientras que es baja en el hígado. Se le asocia la función fisiológica de transporte de leucotrienos (LTC4), 17β-estradiol, 17(β-β-glucoronido), glucorónidos de bilirrubina, sales de bilis sulfatadas y Glutatión (GSH) oxidado (GSSG). Por el momento se conoce más de la función de MRP-1 que de los otros miembros de la familia. Así, la resistencia conferida a esta proteína está, al igual que gp-P, asociado con un consumo de energía. Se ha reportado que la transfección de MRP1 confiere a las células resistencia hacia: vincristina, doxorrubicina, daunorrubicina y etopósido (Tabla 3). Sin embargo, no ha sido tan fácil demostrar la expulsión de fármacos en células con sobreexpresión de MRP1. En su mecanismo de acción, los sustratos preferidos por MRP1 son los aniones orgánicos, i. e. los fármacos conjugados al glutatión, glucoronato o sulfato. Esto hace una diferencia con gp-P, ya que ésta última presenta poca afinidad por esos compuestos cargados negativamente. Adicionalmente y debido a que en vesículas enriquecidas con MRP1 no son capaces de inducir la expulsión de fármacos como vincristina, daunorrubicina y etopósido, se requiere el acoplamiento con el sistema enzimático de las transferasas de glutatión (GSTs), para el reconocimiento y expulsión de losfármacos especialmente en el caso de los alcaloides vinca (figura 9). 2.9 Trasportadores BCRP. La proteína BCRP/ABCG2 (Breast Cancer Resistance Protein) fue descubierta al estudiar líneas celulares provenientes de cáncer de colon que fueron seleccionadas con mitoxantrona y que no expresaban ambos: gp-P ó MRP1 cáncer gástrico, de mama y leuc también se le conoce como BCRP o ABCG2. El trasportador BRCP está codificado por 655 aminoácidos, los cuales forman transmembranal (seis α-hélices trasmembranales) "cassette de unión a ATP". Debido a que solo presenta una región transmembranal y no dos o más como las proteínas anteriormente descritas se dice que es un transportador medio, esto mismo sugiere que para adquirir un esta homodímeros. En los tejidos normales, BCRP funciona como un mecanismo de defensa contra las toxinas y xenobióticos, facilita la excreción y la limitación de la absorción de moléculas de sustrat potencialmente tóxicos, incluyendo muchos fármacos quimioterapéuticos contra el cáncer 9) (35). Este transportador también requiere de energía para llevar a cabo la expulsión de los fármacos. Se ha reportado que la transfección resistencia a varios agentes quimioterapéuticos empleados en el cáncer de pulmón que incluyen mitoxantrona, doxorubicina, topotecan y gefitinib Figura 9. BCRP, gp-P, EGFR, MRP´s, familia de los transportadores ABC, P ó MRP1, aunque su función ya había sido descrita en líneas celulares de y leucemias seleccionadas con el mismo fármaco. A esta proteína noce como BCRP o ABCG2. El trasportador BRCP está codificado por 655 aminoácidos, los cuales forman hélices trasmembranales) y un dominio citoplásmico donde se encuentra el . Debido a que solo presenta una región transmembranal y no dos o más como las proteínas anteriormente descritas se dice que es un transportador medio, esto mismo sugiere que para adquirir un estado funcional debe dimerizar. Lo más probable es que BCRP forme En los tejidos normales, BCRP funciona como un mecanismo de defensa contra las toxinas y xenobióticos, facilita la excreción y la limitación de la absorción de moléculas de sustrat potencialmente tóxicos, incluyendo muchos fármacos quimioterapéuticos contra el cáncer Este transportador también requiere de energía para llevar a cabo la expulsión de los fármacos. Se ha reportado que la transfección del gen de BCRP en células sensibles es suficiente para conferir agentes quimioterapéuticos empleados en el cáncer de pulmón que incluyen mitoxantrona, doxorubicina, topotecan y gefitinib (37). , EGFR, MRP´s, topo II y Bcl2, son algunos mecanismos que forman parte de la los transportadores ABC, por los cuales se expulsa el fármaco antitumoral. 22 , aunque su función ya había sido descrita en líneas celulares de emias seleccionadas con el mismo fármaco. A esta proteína El trasportador BRCP está codificado por 655 aminoácidos, los cuales forman un dominio citoplásmico donde se encuentra el . Debido a que solo presenta una región transmembranal y no dos o más como las proteínas anteriormente descritas se dice que es un transportador medio, esto mismo . Lo más probable es que BCRP forme En los tejidos normales, BCRP funciona como un mecanismo de defensa contra las toxinas y xenobióticos, facilita la excreción y la limitación de la absorción de moléculas de sustrato potencialmente tóxicos, incluyendo muchos fármacos quimioterapéuticos contra el cáncer (Figura Este transportador también requiere de energía para llevar a cabo la expulsión de los fármacos. Se del gen de BCRP en células sensibles es suficiente para conferir agentes quimioterapéuticos empleados en el cáncer de pulmón que incluyen que forman parte de la 23 2.10 Las topoisomerasas. Las topoisomerasas son enzimas nucleares que tienen un papel muy importante en solucionar problemas topológicos del DNA (duplicación, replicación, separación de cromátidas, el superenrrollamiento, la concatenación, etc.) (38). Se clasifican por las especificidades del sustrato en dos tipos: las topoisomerasas de tipo I (Topo I) actúan sobre una cadena única del DNA, mientras que las topoisomerasas de tipo II (Topo II) actúan sobre cadenas dobles de DNA. Ambas son importantes en el proceso de la transcripción, duplicación y separación de cromosomas. Estas enzimas cortan hebras del DNA y posteriormente las ligan. Sin el trabajo de estas dos enzimas, el DNA adyacente formaría nudos que pudieran obstaculizar la transcripción (39). En células de mamífero existen dos tipos: la topoisomerasas IIα (170,000 Da) y la topoisomerasas IIβ (180,000 Da). La Top IIα es dependiente del ciclo celular y presenta un pico máximo en la fase G2/M, mientras que la isoforma β se expresa en forma constitutiva. El mecanismo de acción de las topo II involucran la capacidad de cortar y unir nuevamente la doble cadena de DNA, permitiendo la liberación de tensión torsional. La topo IIα es blanco de agentes antitumorales, dentro de los que se incluyen el antraciclinos (doxorrubicina), epipodofilotoxinas (VP-16, VM-26), antracenediones, eliptcinas y aminoacridinas. Estos fármacos actúan estabilizando el complejo DNA-enzima, provocando con esto la fragmentación del DNA y muerte de la célula. La sensibilidad a fármacos de Topo IIβ aún no se conoce bien, pero es posible que sea inhibida por los mismos fármacos que la forma alfa (40). En líneas celulares la resistencia a terapia contra topo II se ha asociado con una reducción en la expresión de la enzima. Además también se han reportado mutaciones o deleciones para ambos genes en líneas celulares resistentes. Estas mutaciones tienden a agruparse en el extremo NH2- proximal al dominio de unión a ATP o cercanas a la tirosina presente en el sitio de unión al DNA y dominio de religación. Adicionalmente, también se ha encontrado que la localización nuclear de topo IIα es un factor importante que influye en la resistencia a fármacos (40). 2.11 Fármacos contra el cáncer de pulmón Muchos fármacos utilizados en la terapia contra el cáncer involucran compuestos que son capaces de inhibir el crecimiento tumoral (citostáticos), o bien aquellos otros agentes que provocan la apoptosis o la muerte celular (citotóxicos). Algunos de los ejemplos de fármacos empleados en la terapia contra el cáncer de pulmón son: doxorrubicina, epipodofilotoxina, 5-fluorouracilo, antifolatos y derivados del platino. Recientemente, se están empleando nuevos compuestos que han sido diseñados para reconocer moléculas blanco especificas de tumores como: a) El receptor de crecimiento epidérmico, EGFR/HER-1 se emplean inhibidores de tirocina cinasa como Erlotinib hydrochloride (Tarceva) o 24 Gefitinib (Iressa) o anticuerpos humanizados: Nimotuzumab (BIOMAb EGFR); b) contra el receptor erbB-2/HER2 (CD340, Neu) en donde se cuenta con los anticuepos monoclonales humanizados Pertuzumab (Perjeta) y Trastuzumab (Herceptin); c) contra el factor de crecimiento vascular (VEGF-A) en donde se emplea el anticuerpo monolonal humanizado Bevacizumab (Avastin); y d) el inhibidor de competitivo de ATP para ALK (cinasa de linfoma anaplásico) y el oncogene ROS1 conocido como Crizotinib (Xalkori), entre otros muchos fármacos se siguen probando hasta ahora. 3. Antecedentes El cáncer de pulmón sigue siendo la principal causa de mortalidad por cáncer el mundo, con 1,4 millones de muertes al año. El CCNP representa aproximadamente el 85% de todos los casos de cáncer de pulmón. En varias partes del mundo, el diagnóstico aproximadamente es del 25% al 30% de pacientes que presentan CCNP avanzado, y del 40% al 50% es metastásico. En México, los porcentajes son aún mayores y particularmente en el INER casi el 80% de los pacientes atendidos presentan enfermedad metastásica. Para este tipo de pacientes, la tercera generación de quimioterapia basada en derivados del platino ha sido considerada por muchotiempo como la terapia estándar. Sin embargo, a pesar de que del 70% al 80% de los pacientes experimentan beneficios clínicos después de recibir quimioterapia de primera línea, la supervivencia global (SG) sigue siendo muy baja de 8 a 10 meses, la tasa de supervivencia a 1 año es del 30% a 35%, mientras que a 5 años la tasa de supervivencia es inferior al 1% (41, 42). Dentro de los esquemas de quimioterapia contra el cáncer del pulmón, se han empleado distintos agentes químicos como: adriamicina, epipodofilotoxinas (VP16 o VM-26), taxanos, Genzitabina (5- Fluouro-uracilo), etc. Desafortunadamente, los resultados de estos tratamientos han sido poco exitosos, y no han sido capaces de elevar la sobrevida de los pacientes que padecen de esta enfermedad. Recientemente, la combinación de quimioterapia en base a platino y pemetrexed (methotrexato) parece ser la combinación más eficaz, aumentando la supervivencia pacientes con adenocarcinoma a aproximadamente de 10 meses. La falla en la respuesta a la quimioterapia se debe a que estos tumores desarrollan resistencia a la mayoría de los agentes de quimioterapia, a lo que llamamos resistencia múltiple a fármacos. Muchos estudios con líneas celulares y material del paciente han ayudado para investigar el impacto de diferentes marcadores de resistencia a nivel del mRNA y proteínas de resistencia a los fármacos pero con resultados contradictorios. A través de estos estudios se sabe que la resistencia a etopósido, carboplatino, gemcitabina, paclitaxel y el erlotinib están frecuentemente correlacionados con la expresión de las proteínas o los transcritos para BCRP, LRP, MDR1, MRP1 (29, 43). La fármacogenética ha permitido el desarrollo de fármacos dirigidos a moléculas “blanco” que son esenciales para la supervivencia de la célula tumoral. A la fecha, muchos compuestos que están 25 siendo evaluados en estudios pre-clínicos. Particularmente en el adenocarcinoma de pulmón que presentan mutaciones en el receptor para el factor de crecimiento epitelial (EGFR T790M) se empleen inhibidores de la actividad de tirosina cinasa (TK), como gefitinib y erlotinib. Sin embargo, muchos de los pacientes tratados con estos compuestos desarrollan resistencia al inhibidor por lo que tiene que seguir su tratamiento a base de quimioterapia. Recientemente se ha mostrado que los transportadores ABC tienen también una participación activa al reconocer y expulsar varios de estos inhibidores e impedir su función (29, 44). Para el estudio de la resistencia múltiple a fármacos, se han desarrollado varias líneas celulares tumorales de cáncer del pulmón, las cuales presentan varios de los mecanismos de resistencia ya conocidos. En el laboratorio estamos interesados en estudiar los mecanismos que confieren resistencia química a fármacos en cáncer de pulmón. Para ello contamos con líneas celulares en cultivo in vitro como modelo de estudio, las cuales presentan varios mecanismos de resistencia. La comprensión de los eventos moleculares que regulan la función de estas moléculas, permitirá en un futuro mejorar el tratamiento para los pacientes con cáncer de pulmón y así disminuir el índice de mortalidad a causa de esta enfermedad. 4. Objetivo general La finalidad de este trabajo fue caracterizar los patrones de resistencia múltiple a fármacos que presentan varias líneas celulares de cáncer del pulmón, así como analizar algunos de los posibles mecanismos moleculares que puedan asociarse con la resistencia. 4.1 Objetivo particular Determinar la expresión de algunas proteínas asociadas con la resistencia a fármacos en cinco líneas celulares humanas de cáncer de pulmón. 5. Hipótesis Si los tumores de cáncer de células no pequeñas del pulmón muestran una resistencia intrínseca a la quimioterapia, es posible que líneas celulares derivadas de estos conserven al menos un mecanismo de resistencia que revele la forma en que las células adquieren un fenotipo de resistencia múltiple a fármacos. 6. Justificación A pesar de que en los últimos años se observa un gran avance en el tratamiento de los tumores malignos, el cáncer de pulmón sigue causando un gran número de muertes en todo el mundo. Una parte importante de este fenómeno es la resistencia a quimioterapia, aunado a que los nuevos tratamientos con terapia dirigida no han tenido el impacto que se esperaba. Así, conocer los mecanismos que confieren resistencia a quimioterapia en tumores del pulmón y cómo estos se 26 encuentran interrelacionados, podrá ayudarnos a seleccionar mejores esquemas de tratamiento que ayuden a incrementar la expectativa de vida de los pacientes con cáncer pulmonar. 7. Metodología 7.1 Líneas celulares Cinco líneas celulares de cáncer del pulmón fueron establecidas en nuestro laboratorio bajo condiciones de cultivo in vitro. Dos de ellas fueron establecidas a partir de un derrame pleural de pacientes con cáncer primario de pulmón, ninguno tratado con quimioterapia. La caracterización histoplatológica de cada línea celular fue realizada por el Dr. Flores-Flores G. (patólogo del INCan) y todas las líneas fueron identificadas como adenocarcinomas. Las líneas celulares obtenidas recibieron los nombres de INER-37, INER-51, VP-1, PSC-1. La línea celular de adenocarcinoma del pulmón A427 fue obtenida a través del reservorio internacional de ATCC. Para su mantenimiento en cultivo in vitro, todas las líneas celulares fueron cultivadas en frascos T25 o T75 (Costar) con medio de cultivo RPMI-1640 (Sigma, Co), suplementado con 10% de suero fetal bovino, 2 mM de L-glutamina, 1 mM de piruvato de sodio, a 37 ºC en atmósfera húmeda con 5 % de CO2. Células PSC-1. Las células de INER-51 fueron tratadas como el protocolo descrito por Beketic- Oreskovic y cols. (45). Las células tumorales fueron sembradas 1 X 106 en un frasco de cultivo T25 (Falcon, USA). Cuando el cultivo llegó a semi-confluencia, el medio de cultivo fue retirado y cambiado por medio fresco que contenía 5 µM de DXR y 5 µM de SDZ PSC 833 (ciclosporina F). Las células fueron mantenidas bajo estas condiciones por dos semanas, hasta que algunas colonias de células supervivientes fueran evidentes a la observación microscópica. Un total de 6 colonias fueron obtenidas, y cada una de ellas fue propagada durante un mes en ausencia de fármacos. Todas las clonas recobradas fueron analizadas para la expresión de MDR-1 por RT- PCR. Un clona mutante que fue estable para fenotipo gp-Pneg, fue seleccionada y subclonada una vez más y probada de nuevo para la expresión de MDR-1. Finalmente, la clona PSC-1 (gp-Pneg) fue propagada y utilizada en los experimentos (Figura 10). Figura 10. Ensayo de RT PSC-1, comprándola con un control. sobre-expresa mdr-1. Células VP-1. A partir de un frasco T adicionó etopósido a una concentración de 0.3 fase de confluencia, se llevo a cabo el subcultivo a dos frascos T al doble la concentración del fármaco y en el otro se mantuvo la concentración en las que las células ya estaban acostumbradas. Este procedimiento se repitió varias veces hasta comprobar que la concentración era demasiado alta y las células morían. durante varios meses creciendo a citotoxicidad fueron crecidas en medio sin fármaco. 7.2 Determinación de la velocidad de crecimiento Cinco a siete mil células/pozo fueron sembradas en una placa de 96 pozos con tres repeticiones. El incremento en el número de células los ensayos con MTT (46, 47). 7.3 Ensayos de retención , expulsión e inhibición Retención: Células en crecimiento exponencial (3.5 X 10 placa de 24 pozos con colchón de agarosa al 1%, y 72 hor fármacos. Las células fueron incubadas a concentraciones crecientes de DXR por 30 min, posterior a lo cual fueron lavadas (2X) con medio de cultivo fresco sin fármacos y una v suspensión celular fue obtenida por tripsinización unión de DXR al DNA, o la concentración de fármaco atrapada en organ fue
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