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9 de noviembre de 2010 • Volumen 2 - Edición 12

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Cómplices de una misión: uso de la letalidad sintética en la identificación de nuevos blancos de cáncer

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Una de las noticias más importantes sobre la investigación oncológica el año pasado fue la aparición de varios fármacos dirigidos contra la enzima conocida como PARP1. Los estudios clínicos de fases iniciales en mujeres con cánceres de mama particularmente difíciles de tratar, como los tumores con mutaciones de los genes BRCA1 o BRCA2, han mostrado que los tratamientos con fármacos que bloquean la PARP1 arrojaron resultados prometedores. (Ver también recuadro sobre “También en las noticias”).

Diagrama que muestra un mecanismo de apoptosis de células cancerosas en células con la mutación BRCA y bloqueo en la reparación de ADN por la enzima PARP1 Una célula cancerosa con mutaciones en el gen BRCA tiene una capacidad limitada para reparar daños en el ADN, pero puede seguir siendo viable. Si se bloquea otra vía de reparación del ADN, como la que realiza la enzima PARP1, la célula cancerosa pierde un mecanismo importante de daño-reparación y es más probable que muera.

Al igual que la PARP1, los dos genes BRCA producen proteínas que ayudan a reparar el ADN dañado. Cuando estos genes tienen mutaciones, pueden transformar una célula sana en cancerosa. Sin embargo, al combinar la mutación BRCA con la enzima PARP1 que está siendo blanco de una ofensiva terapéutica, se elimina el mecanismo potencial de daño-reparación que la célula cancerosa, genéticamente inestable, pero todavía proliferante necesita para sobrevivir. Los genes mutados y la enzima PARP1 tienen lo que se llama una relación “letal sintética”, es decir, cuando uno de ellos se ve bloqueado o dañado, la célula cancerosa no se ve afectada; pero cuando ambos sufren daños o bloqueo, la célula cancerosa muere.

Varios grupos de investigación oncológica están utilizando herramientas relativamente nuevas como la bioinformática compleja y las pruebas de selección de moléculas pequeñas o interferencia por ARN (ARNi), para identificar relaciones sintéticas entre blancos terapéuticos bien establecidos y, en algunos casos, componentes de redes de señalización de células cancerosas menos conocidos. Los investigadores creen que estos hallazgos podrían llevar a nuevas opciones de tratamiento para la solución de problemas oncológicos de larga data, como la toxicidad excesiva, la resistencia al tratamiento y los blancos “inmedicables”.

Antes de obtener los resultados del estudio clínico con inhibidores de la PARP1, la letalidad sintética era “un concepto teórico prometedor que se creía que podría funcionar en seres humanos debido a que ha dado resultado en organismos modelo”, dijo el doctor William Hahn, del Instituto Oncológico Dana-Farber. Ahora, prosiguió, se ha “aplicado por completo en los pacientes” demostrando que tiene un “beneficio clínico, y por eso hay un gran entusiasmo al respecto”.

Encontrar el blanco en la red de señalización

El concepto de letalidad sintética es muy atractivo, dijo el doctor Dr. Igor Astsaturov, un investigador del Centro Oncológico Fox Chase, quien participa en varios estudios relacionados con este campo. La mayoría de las células normales están latentes por periodos largos, explicó, y utilizan vías moleculares relacionadas con el crecimiento solo de manera intermitente. Por su parte, las células cancerosas genéticamente inestables, están “continuamente explotando estos sistemas de señalización a su conveniencia, de modo que son vulnerables a la inhibición”.

También en las noticias: inhibidor de PARP se muestra prometedor en cáncer de mama difícil de tratar 

Un fármaco experimental que ataca la reparación del ADN mediada por la enzima PARP mejoró la supervivencia de mujeres con cáncer de mama metastásico triple negativo, informaron científicos estadounidenses durante la  Conferencia de la Sociedad Europea de Oncología Médica realizada en Milán del 8 al 12 de octubre. Los resultados actualizados de un estudio clínico en fase II con 121 pacientes mostraron que la combinación de quimioterapia y el fármaco inhibidor de PARP iniparib mejoró la supervivencia en 5 meses (12,3 meses frente a 7,7) en mujeres con esta forma de cáncer de mama difícil de tratar, en comparación con las mujeres que solo recibieron quimioterapia.

Las mujeres del estudio que recibieron iniparib también tuvieron mejores tasas de respuesta y una supervivencia más larga libre del avance de la enfermedad. La incorporación de iniparib a la quimioterapia no parece haber producido efectos secundarios adicionales, indicaron los investigadores.

“Estos datos son prometedores y parecen indicar que iniparib puede ofrecer una nueva opción de tratamiento para pacientes con cáncer de mama metastásico triple negativo para las que actualmente hay pocas alternativas terapéuticas”, dijo en un comunicado de prensa la investigadora principal del estudio, doctora Joyce O’Shaughnessy, directora del Programa de Investigación de Cáncer de Mama en el Centro Oncológico Baylor Charles A. Sammons de Texas.

Con base en gran parte en los resultados reportados por el doctor Astsaturov y sus colegas en el informe publicado en la revista Science Signaling el mes de septiembre, el Fox Chase está planificando varios estudios clínicos sobre tratamientos en seres humanos sustentados en la letalidad sintética. Su estudio se centró en el receptor del factor de crecimiento epidérmico (RFCE), una proteína que se sobreexpresa en varios cánceres y que sirve como blanco de varios fármacos contra el cáncer aprobados por la FDA.

Para realizar el estudio, explicó la doctora Erica Golemis, coinvestigadora del proyecto, el equipo realizó una investigación exhaustiva de las bases de datos del gen y de la proteína con el fin de elaborar una genoteca vasta pero todavía limitada de 638 proteínas que integran una amplia red de señalización intracelular de la cual el RFCE es un componente crítico. Mediante pruebas de selección de ARNi, identificaron la relación letal sintética entre los productos de varios genes y el RFCE: cuando el RFCE fue inhibido por un fármaco y la expresión de cada uno de los otros genes se "desactivaba” simultáneamente por pequeñas interferencias de ARN, había un incremento en la muerte de células cancerosas (Ver recuadro al final de este artículo).

“El estudio generó muchas pistas sólidas”, dijo el doctor Astsaturov. La mayoría de los productos del gen que tenían una relación letal sintética robusta con el RFCE tendían a agruparse cerca del RFCE o tenían interacciones directas o indirectas con el mismo. Varios de los aciertos más relevantes “apuntaron directamente a blancos lógicos para la exploración clínica de terapias combinadas”, continuó, incluidas Aurora kinasa A y STAT3, ambas de las cuales son blancos de fármacos de investigación existentes. Los estudios clínicos del Fox Chase combinarán un inhibidor del RFCE con un inhibidor de Aurora kinasa A en pacientes con cánceres metastásicos de pulmón y de cabeza y cuello.

Resolución de las fallas de los tratamientos actuales

Una de las ventajas teóricas de los tratamientos para el cáncer basados en la letalidad sintética —ahora con ciertas evidencias clínicas para sustentarlos— es que deben tener una toxicidad mínima, pues solo atacarán las células “defectuosas” que involucran la relación letal sintética (p. ej., un gen mutado y una enzima inhibida terapéuticamente). Estas células serían casi exclusivamente células cancerosas. En los estudios donde se evaluaron los inhibidores de la PARP1, los fármacos no ocasionaron más efectos secundarios.

Los tratamientos basados en la letalidad sintética, subrayó el doctor Hahn, también pueden ayudar a superar los problemas de los blancos de la terapia, que ya sea debido a razones biológicas subyacentes o a la configuración física de estos blancos, son “inmedicables” con moléculas pequeñas y fármacos biológicos; de acuerdo con un cálculo reciente, estos podrían representar hasta un 75 por ciento de los blancos moleculares identificados para atacar el cáncer.

Un gran ejemplo de un blanco inmedicable de un valor potencial es el oncogén KRAS, que por lo general se muta en varios cánceres, como el cáncer de páncreas, de pulmón y de colon. Pero la letalidad sintética puede ofrecer una vía para solucionar el problema.

El año pasado, el doctor Hahn y su equipo publicaron estudios en las revistas Cell y Nature en los cuales reportaban que habían utilizado pruebas de selección de ARNi en líneas de células cancerosas con el mutante KRAS para identificar una relación letal sintética entre este y dos enzimas kinasa, STK33 y TBK1. Las kinasas han demostrado ser blancos altamente medicables. En la misma edición de Cell, el doctor Steven Elledge de la Facultad de Medicina de Harvard y su equipo identificaron otra kinasa llamada PLK1, la cual tenía una fuerte relación letal sintética con el oncogén mutante KRAS.

Si bien muchos estudios sobre la letalidad sintética se basan en pruebas de selección de moléculas pequeñas y de ARNi, la relación letal sintética entre la PARP1 y las mutaciones BRCA fue deducida de estudios anteriores sobre la reparación del ADN y luego validada en las líneas celulares y en modelos animales antes de comenzar a ser estudiada en seres humanos. (Los investigadores ya están buscando relaciones similares entre la PARP1 y otros blancos reparadores de ADN). Aunque es posible que se identifiquen de esta manera otras relaciones sintéticas letales, esto será difícil de hacer, dijo el doctor William Kaelin, del Instituto Oncológico Dana-Farber.

A pesar de los considerables avances en la comprensión de la biología de las redes moleculares, todavía está “muy lejos de ser completa” dijo el doctor Kaelin. “Con las pruebas de selección en organismos modelo, como las levaduras, se ha aprendido que es difícil predecir las interacciones de letalidad sintética”.

Y aunque el doctor Kaelin cree que la identificación y la acción contra “causantes” individuales de la enfermedad es y continuará siendo una alternativa terapéutica fructífera, las investigaciones sobre letalidad sintética resaltan la importancia del contexto en los cuales residen esos blancos a atacar. “Al final de cuentas, estamos trabajando con redes moleculares y no con vías lineales simples”, agregó.

Una mejor comprensión de la forma en que operan esas redes puede redundar en otro beneficio: prevenir que se desarrolle resistencia al tratamiento, algo que puede lograrse “utilizando combinaciones de fármacos que no presenten resistencia cruzada y que tengan mecanismos únicos de acción”, dijo el doctor Kaelin.

Para describir este tratamiento a menudo se utiliza como ejemplo la terapia de “coctel” usada para tratar el VIH. La idea es “mantener un control para que el tumor no pueda desarrollar resistencia”, explicó la doctora Golemis. “Poco a poco estamos acumulando las herramientas para poder hacer esto, ya sea a través de tratamientos secuenciales o con una buena combinación de tratamientos que impacten múltiples centros de la red de señalización”.

Carmen Phillips

Anatomía de una prueba de selección de ARNi para determinar letalidad sintética   

De la genoteca inicial de 638 proteínas seleccionadas para el estudio del Fox Chase, el equipo identificó más de 60 proteínas que las células cancerosas atacadas con un inhibidor de RFCE requieren para sobrevivir. Las pruebas de selección utilizan interferencia por ARN en varias líneas de células cancerosas para, una a la vez, desactivar la expresión de los genes que producen estas proteínas. Estas líneas celulares son tratadas simultáneamente con un inhibidor de RFCE o un fármaco de control que no afecta la viabilidad de la célula cancerosa. El equipo luego observa el efecto de la desactivación en cada gen desde el punto de vista de apoptosis celular en células tratadas y no tratadas con un inhibidor de RFCE. Del grupo inicial de “aciertos”—genes que, cuando eran silenciados, produjeron aumentos en la apoptosis de células cancerosas en las células tratadas con el inhibidor— el equipo hizo pruebas adicionales de validación con otros ARN de corta interferencia para verificar los resultados y aislar las relaciones letales sintéticas más robustas.

El estudio completo duró más de 3 años, explicó la doctora Golemis. Si bien se trata de un proceso engorroso, agregó, “las pruebas de selección de ARNi se están volviendo el método predominante para trabajar con redes biológicas”.

Uno de los primeros grupos en utilizar este método fue el laboratorio del doctor Lou Staudt, en el Centro de Investigación Oncológica del NCI. Como lo describe un artículo publicado en el 2006 en la revista Nature, estos investigadores utilizaron un método que llamaron “selección del talón de Aquiles genético”—en líneas celulares de linfoma difuso de células beta para identificar los genes, aparte de los oncogenes y los supresores tumorales, que requieren las células cancerosas para sobrevivir.

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