supresión tumoral – Fuente de la Eterna Juventud

Un artículo científico publicado en el último número de la revista Cancer Cell por el grupo que dirige Mariano Barbacid, del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), ofrece un excelente ejemplo de una de las nuevas vías terapéuticas que recientemente se han abierto en el tratamiento del cáncer, explotando el proceso de senescencia celular.

La estrategia consiste en inducir la senescencia celular de las células tumorales, consiguiendo así frenar de manera irreversible su proliferación. En una entrada anterior de este mismo blog tuvimos ocasión de explicar cuál es la función anti-tumoral del proceso de senescencia tumoral (ver “La senescencia celular nos protege frente al cáncer”). Desde su descripción como un proceso fisiológico de defensa natural frente a los inicios tumorales en el año 2005 (en cuatro artículos aparecidos en la revista Nature), la posibilidad de manipular esta vía como estrategia frente al crecimiento tumoral ha estado presente en la mente de muchos grupos de investigación.

invivo-senescence — Tinción de senescencia (azul) en tumor benigno de pulmón

Diversos laboratorios demostraron ya anteriormente que atacar el oncogén que dirige el proceso tumoral puede resultar efectivo induciendo senescencia celular. De modo similar, reactivando genes supresores de tumores (genes que median mecanismos de defensa anti-tumoral y que frecuentemente se encuentran silenciados o eliminados en tumores) se observó la efectividad de la senescencia celular controlando la progresión tumoral.

Una tercera vía, que también ha comenzado a ser explorada, consiste en lo que se denomina “letalidad sintética”. Eliminar una actividad que no es la iniciadora del proceso tumoral, pero de la cual depende de manera crítica la célula tumoral para su proliferación o supervivencia. Idealmente además, esta actividad debería ser selectivamente imprescindible para el crecimiento tumoral y no para el de la célula normal sana.

raton albino — La investigación se ha realizado en modelos de ratón

El grupo de Mariano Barbacid trabaja de manera histórica con la familia de oncogenes Ras, habiendo sido el descubridor del primer oncogén humano, H-Ras, en 1982. A su regreso a España para dirigir el CNIO, inició proyectos de investigación que pretendían recrear en modelos animales el proceso de inducción oncogénica que se da en los pacientes de cáncer tras la activación de oncogenes. Uno de dichos modelos es el ratón knockin (ratón al que se le sustituye el locus endógeno por uno modificado) que expresa una variante oncogénica de K-Ras, un oncogén que se encuentra mutado en el 25% de los adenocarcinomas de pulmón humano. Los ratones knockin de K-Ras desarrollan también tumores de pulmón y representan una oportunidad perfecta para estudiar en mayor detalle el proceso tumoral y ensayar posibles vías terapéuticas.

Una de estas estrategias de intervención terapéutica consistió en estudiar la dependencia de los tumores originados por la mutación de K-Ras, de la actividad enzimática de CDK4, una kinasa implicada en el avance del ciclo celular y, por tanto, de la proliferación. Para ello, el grupo de Barbacid cruzó estos ratones con activación de K-Ras con otros generados previamente en su laboratorio y en los que se puede inducir la eliminación específica del gen que codifica CDK4. La falta de CDK4 tiene efectos moderados. La descripción que de ellos realizó previamente el grupo de Barbacid había identificado únicamente un defecto en la producción de insulina por parte de las células beta del páncreas y esterilidad de las hembras.

pulmones-KRas — Seguimiento por imagen molecular de los pulmones de los ratones

Cuando se activa K-Ras oncogénico y simultáneamente se elimina CDK4, los investigadores observaron cómo las células que portan la mutación oncogénica permanecen paradas, sin proliferar, y por tanto no dan lugar a tumores. Las células permanecen en ese estado, como congeladas, durante todo el tiempo que fueron seguidas, lo que llevó a los investigadores a plantearse la posibilidad de que se estuviese induciendo el proceso de senescencia celular, caracterizado precisamente por esa parada proliferativa irreversible. Cuando se examinaron con detalle los pulmones de estos animales, se pudo comprobar que, efectivamente, la activación de K-Ras con eliminación simultánea de CDK4 conduce a senescencia celular de manera inmediata.

Cabe destacar que la eliminación de CDK4 no causa ningún problema en las células normales del pulmón, lo cual representa, como decíamos al inicio, un excelente ejemplo de “letalidad sintética”, aprovechando la dependencia de la célula tumoral de una actividad enzimática para atacar al tumor sin dañar a las células sanas.

Los mismos principios fueron también validados empleando líneas celulares en cultivo derivadas de adenocarcinomas de pulmón humanos que portan mutaciones activadoras en el oncogén K-Ras, demostrando la relevancia de las observaciones en ratón. Más aún, empleando un inhibidor sintético específico de CDK4 y desarrollado por la empresa farmacéutica Pfizer, se consiguieron resultados similares, aunque no tan espectaculares como los observados en ratón, algo no sorprendente si tenemos en cuenta la potencia de la manipulación genética frente al efecto de un fármaco.

Imagen del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO)

No obstante cabe resaltar la sensata prudencia del Dr Barbacid frente a la habitual ligereza con que se trata la información científica en la prensa, cuando deja claro que «estos resultados representan tan solo una indicación de un fenómeno biológico no predecible con los conocimientos existentes, pero en ningún momento garantiza que estas observaciones puedan ser reproducidas en pacientes con adenocarcinoma de pulmón por muy sofisticado que sean los modelos murinos en los que se han llevado a cabo estas investigaciones«. No obstante, en colaboración con el Dr Manuel Hidalgo, jefe de la unidad de Investigación Clínica del mismo centro, se iniciarán próximamente ensayos clínicos con pacientes para evaluar la eficacia de esta estrategia de inhibición de CDK4 en tumores de pulmón con mutación en K-Ras.

Para terminar, habría que resaltar dos aspectos importantes derivados de esta investigación. El primero, más específico, sería la efectividad en el tratamiento anti-tumoral de la inducción de senescencia celular. Este tipo de resultados son prometedores puesto que aportan toda una nueva vía de exploración de potenciales tratamientos anti-tumorales, distintos a los ya clásicos, más destinados a inducir la muerte de la célula tumoral. El segundo, más general, nos habla de la importancia de la investigación básica, como método eficaz para identificar procesos que se puedan demostrar posteriormente como relevantes en la aplicación clínica. Sin modelos animales experimentales no podríamos llegar a revelar la importancia de la “letalidad sintética” entre K-Ras oncogénico y CDK4.

Artículo original:

Puyol M, Martín A, Dubus P, Mulero F, Pizcueta P, Khan G, Guerra C, Santamaría D, & Barbacid M (2010). A synthetic lethal interaction between K-Ras oncogenes and Cdk4 unveils a therapeutic strategy for non-small cell lung carcinoma. Cancer cell, 18 (1), 63-73 PMID: 20609353

Pese a que en la descripción original de la senescencia celular Hayflick apuntó a su posible conexión con el fenómeno de envejecimiento celular, reflejo a pequeña escala de lo que ocurre con un organismo entero tras el paso del tiempo, posteriormente otras investigaciones pusieron de manifiesto una explicación alternativa a lo observado. En concreto, en el año 1997, en los laboratorios de Cold Spring Harbor en el estado de Nueva York, Manuel Serrano, entonces investigador postdoctoral en el prestigioso laboratorio de David Beach, y en colaboración con el recientemente creado laboratorio de Scott Lowe, describieron cómo las células normales primarias tanto de humano como de ratón, respondían ante la presencia de un oncogén activado, mediante unos cambios morfológicos y una parada irreversible en su proliferación, que resultaban indistinguibles de lo descrito más de tres décadas atrás por Hayflick como senescencia celular. Por ello denominaron al proceso que acababan de observar como senescencia inducida por oncogenes, puesto que el estímulo que llevaba a las células a entrar en ese letargo característico de la senescencia celular no era la acumulación de sucesivas divisiones celulares, si no la presencia de un oncogén.

Serrano-Beach-Lowe — Izquierda-derecha: Manuel Serrano, David Beach, Scott Lowe

Inmediatamente, los autores de este artículo postularon la posibilidad de que dicha respuesta supusiera un mecanismo de defensa celular ante la exposición a lo que evidentemente resulta peligroso para la célula. Establecer de manera repentina una parada en la maquinaria de división celular ante la agresión que supone la actividad oncogénica, garantiza la imposibilidad de expansión de células dañadas que, de otra manera, se adueñarían del tejido en el que residiesen, dando lugar a un tumor. Como refuerzo de esta hipótesis, los investigadores describieron cuáles eran las moléculas fundamentales que formaban parte de este mecanismo de defensa celular, que resultaron ser moléculas clave en la defensa frente al cáncer, aquellas codificadas por genes que se conocen bajo el nombre de supresores de tumores.

Pese al inicial entusiasmo con que estas investigaciones fueron recibidas por la comunidad científica, investigaciones posteriores empezaron a poner en duda la relevancia del sistema empleado tanto por Hayflick para describir la senescencia celular, como la de Serrano y colaboradores para documentar la senescencia inducida por oncogenes. Muchos investigadores apuntaban a las condiciones artificiales y no exentas de ambientes “estresantes” para la célula como responsables de lo observado por Hayflick. A fin de cuentas, las células que residen en el organismo distan mucho de estar sometidas a medios de cultivo ricos en factores de crecimiento, están expuestas a concentraciones de oxígeno muy inferiores a las utilizadas en los incubadores presentes en las salas de cultivo celular, y sus “anclajes” no se parecen en nada al plástico de las placas a las que se adhieren y sobre las que crecen las células en el laboratorio. En particular, con respecto a la relevancia de la senescencia inducida por oncogenes, muchos investigadores empezaron a mostrar sus dudas, fundamentalmente porque un proceso observado únicamente en semejantes condiciones tan artificiales difícilmente resulta creíble. Comenzaron además a describirse modelos animales de desarrollo de cáncer utilizando ratones modificados genéticamente de manera que expresaran oncogenes activados, con el objetivo de recrear en el ratón el inicio tumoral provocado por mutación genética de oncogenes. La conclusión para muchos era que bastaba con la expresión de un oncogén activado para que se iniciase un proceso de crecimiento tumoral, sin lugar por tanto para lo observado en cultivo por Serrano y colaboradores.

Puestas así las cosas, para muchos la senescencia celular apareció como un artefacto. Eso sí, como recuerdo oír decir con ironía a Manuel Serrano, sin duda un artefacto muy útil, porque por “casualidad” se produce en respuesta a la presencia de oncogenes, resulta tremendamente útil para proteger a las células del efecto perjudicial de la acción de los oncogenes y dentro de la maquinaria celular es llevado a cabo por genes que “casualmente” se han encontrado prácticamente en la totalidad de los tumores humanos mutados, silenciados, o totalmente ausentes («delecionados»). De hecho, las investigaciones realizadas durante aquellos años empleando el sistema celular de senescencia celular, así como el modelo de senescencia inducida por oncogenes, aportaron pistas que se revelaron posteriormente como muy útiles en la investigación frente al cáncer.

No obstante, en el año 2005, empleando muy diversas aproximaciones experimentales y en modelos tanto de ratón como en muestras humanas, cuatro grupos distintos (entre ellos el de Manuel Serrano) publicaron simultáneamente la existencia de la senescencia inducida por oncogenes en tejidos en vivo sometidos al estrés inducido por la presencia de diversos oncogenes activados. Más aún, la senescencia inducida por oncogenes se demostró como un mecanismo tremendamente efectivo en la defensa antitumoral, puesto que cuando se anula de manera experimental, por ejemplo manipulando genéticamente el ratón para impedir la expresión de alguno de estos supresores de tumores clave en la respuesta de senescencia, los animales desarrollan cáncer. Estas demostraciones supusieron un espaldarazo para la teoría del papel en la defensa frente al desarrollo del cáncer que supone el proceso de senescencia celular. Desde aquel año 2005 han sido muchos otros laboratorios los encargados de aportar pruebas adicionales de la existencia de este proceso, de su importancia como mecanismo de defensa antitumoral y de refinar nuestro conocimiento sobre la maquinaria que lo ejercita y las circunstancias que rodean el proceso.

El objetivo final, sin duda, sería entender al detalle los mecanismos íntimos del proceso natural, para intervenir sobre él con estrategias terapéuticas que nos permitan desarrollar nuevos y más efectivos medicamentos frente al cáncer.