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La formación metastásica requiere exosomas

Los exosomas son pequeñas vesículas ricas en ácidos nucleicos y proteínas, y son liberadas desde las células. Originalmente no tenían significado biológico, pero ahora, estas ampollas de tamaño nanométrico son consideradas mini-mapas de sus células de origen, con relevancia fisiológica y patológica. En el cáncer, se han implicados en la modulación de la comunicación de célula a célula y en la transferencia de información "indeseable" de una célula a otra. Las consecuencias incluyen la estimulación de la proliferación, motilidad y las propiedades invasivas de la célula receptora, la transferencia de resistencia a los medicamentos, induciendo la formación de túbulos endoteliales (por ejemplo, en la angiogénesis), y la atracción de células cancerosas a sitios secundarios dentro de los organismos vivos. Dicho esto, nuestra comprensión al respecto es rudimentaria.

Varios estudios demuestran que los exosomas derivados de células cancerosas son mini-fábricas dinámicas que contribuyen activamente a la progresión de la enfermedad. Estos ensayos se han centrado en su contenido de microARN (miARN). Los miRNAs son pequeños fragmentos de ARN, de doble cadena, que se generan a partir de precursores (pre-miRNA). No codifican proteínas, pero sí regulan los niveles de expresión de conjuntos específicos de ARN mensajeros (ARNm), y por lo tanto sus productos proteicos, mediante mecanismos que incluyen la unión a estos ARNm y su degradación. Este proceso de unión y degradación requiere que el pre-miARN sea incorporado en un complejo multiproteico denominado complejo de silenciamiento inducido por ARN. Dentro de este, los pre-miARN maduran en miARN por medio de su interacción con dos proteínas: la enzima Dicer y la proteína de unión a ARN en respuesta a trans-activación (TRBP). Por último, la proteína argonauta 2 (AGO2) se une a un miARN y lo guía a su ARNm complementario.

Comenzando con exosomas de líneas celulares de cáncer de mama y líneas de células de mama no tumorigénicas (humano, MCF-10A; ratón, NMuMG), Sonia A. Melo y colaboradores (Cancer Cell 2014; 26: 707-21) encontraron que los exosomas derivados de líneas cancerígenas, y no de células de mama no tumorigénicas, estaban enriquecidos con miARN y que los exosomas de células cancerosas podrían convertir pre-miARN en miARN maduros. Ellos cultivaron exosomas de ambos tipos de células por separado durante 3 días y supervisaron la conversión de seis pre-miARN en miARN (incluyendo dos miARN específicos relevantes para la biología del cáncer de mama, miR-10b y miR-21). En exosomas derivados de líneas celulares de cáncer de mama, la relación de los genes miARN/pre-miARN aumentó con el tiempo, indicando la presencia de una formación activa de miARN. Los investigadores no detectaron un cambio en esta relación en los exosomas derivados de células de mama no tumorigénicas. Además, el grupo introdujo pre-miARN sintéticos en exosomas de células cancerosas; estos se convirtieron a miARN en el mismo marco de tiempo. También se detectó a Dicer, TRBP y AGO2 en exosomas derivados sólo de células de cáncer de mama.

Para probar el efecto de los contenidos exosomales sobre las células normales, los autores expusieron células MCF-10A a exosomas derivados de células de cáncer de mama MDA-MB-231, y se cultivaron durante un período de 3 días, aumentando la supervivencia y proliferación celular. Este efecto fue acompañado por una disminución de la expresión de la proteína supresora de tumores PTEN y el factor de transcripción HOXD10, que inhibe la expresión de genes que promueven la invasión, migración y la progresión del tumor. Los investigadores observaron entonces que las células no tumorigénicas, cuando se co-inyectaban con exosomas de células de cáncer en ratones, se formaban los tumores (fig. 1) - a menos que se bloqueara la actividad de Dicer, lo que sugiere que esta es crítica para la transformación de células normales en células tumorales en exposición a exosomas.

Figura 1: los exigentes pasos de los exosomas y ectosomas

Los exosomas son liberados en el medio circundante (medio acondicionado) por células en cultivo y que también se encuentran en muestras de suero. Se ha observado que estas estructuras en suero de personas sanas llevan microARN inmaduros precursores (pre- microARN), que permanecen como pre- microARN incluso cuando los exosomas son cultivados bajo condiciones de laboratorio durante 3 días. Cuando tales exosomas se co-cultivaban con células tumorigénicas o se co-inyectaban con estas células en ratones, se daban efectos notables (panel A). Muestras de suero de pacientes con cáncer contienen sustancialmente más exosomas que las de controles sanos. Estos exosomas se enriquecen en pre-miARN, en comparación con los de células normales, y, poseen la maquinaria molecular que puede convertir los pre-miARN en miARN maduros.

Melo y colegas también encontraron que las muestras de suero de pacientes con cáncer tenían más exosomas que las de controles sanos. También observaron que seis pre-miARN idénticos, cuando se cultivan maduran a miARN en los exosomas de los pacientes, y no en los donantes sanos. Los exosomas de 5 de 11 de estos pacientes, cuando se inyectaron con celulas epiteliales de mama humanas no tumorales, inducían la formación de tumores en ratones; los de 8 donantes sanos no.

La metástasis a órganos secundarios es la principal causa de muerte por cáncer de mama y con frecuencia implica una transformación de célula epitelial a célula mesenquimal y posterior reversión a epitelio, un proceso que está regulado por la familia miR-200 de miARN. Otros autores han encontrado que los exosomas y vesículas más grandes (denominadas ectosomas) pueden transferir miR-200 de células altamente metastásicas a células poco metastásicas y por lo tanto aumentar el potencial metastásico de las unidades poco metastásicas. Para empezar, utilizaron células de cáncer de mama de ratones triple negativo. Estas fueron expuestas durante 3 días a cualquiera de sus vesículas extracelulares o a el derivado altamente metastásico, 4TE1. Cuando se inyectó en la cola vena de los ratones, las células que se pre-incubaron con las vesículas extracelulares a partir de células altamente metastásicas formaban sustancialmente más metástasis de pulmón que las células que se pre-incubadas con sus propias vesículas extracelulares. Este hallazgo se mantuvo, excepto cuando se bloquearon miembros de la familia miR-200, en cuyo caso había menos metástasis pulmonar.

Parece que los exosomas en el contexto del microambiente estromal también ejercen influencia en el comportamiento del tumor. Se ha encontrado que la exposición a los exosomas del estroma crean una subpoblación de células de cáncer de mama que son resistentes a la terapia y pueden iniciar la formación del tumor. También se ha observado que los inhibidores tisulares de las metaloproteinasas (TIMP) protegen contra la liberación de exosomas tumorales de estroma: un agotamiento de TIMP resulta en células similares a fibroblastos asociados al cáncer. Los carcinomas de células escamosas de cabeza y cuello son fuente de fibroblastos que disminuyen las TIMP; los exosomas derivados de tales fibroblastos incrementan la motilidad de las células de cáncer de mama.

Aunque todavía queda mucho por aprender acerca de los exosomas y ectosomas, estos estudios mejoran nuestra comprensión de las vesículas extracelulares, demostrando que llevan - y utilizan - la maquinaria necesaria para producir miARN maduros, que los exosomas derivados de células cancerosas son cualitativamente diferentes de los derivados de células no cancerosas, y que las vesículas extracelulares parecen capaces de mediar la transferencia de moléculas que influyen en el potencial metastásico. Los exosomas estromales también parecen influenciar de forma importante la biología de las células del cáncer. Estudios adicionales están garantizados para determinar las influencias de los exosomas y ectosomas sobre el cáncer.