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Inestabilidad genómica de las células cancerosas en la imagen de h & e

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¿Hay libros o artículos sobre el tema de las diferencias visuales (análisis de microscopía H&E) de células cancerosas de alto grado frente a células cancerosas de bajo grado frente a células no cancerosas?

En particular, estoy tratando de medir qué parte del genoma se alteró analizando imágenes.


El diagnóstico histológico de los tumores se realiza mediante los llamados libros azules de la OMS.

Los diferentes tumores muestran diferentes patrones de aberraciones celulares y tisulares.

En h & e, la cariorrexis y la picnosis son ejemplos de marcadores histológicos de aberración nuclear.

Un artículo reciente revisa los cambios morfológicos visuales y subvisuales más destacados de los núcleos del cáncer y su posible causa o etiología y significado.


Modelos de cáncer, inestabilidad genómica y evolución darwiniana celular somática

La biología del cáncer se revisa críticamente y se aducen pruebas de que su desarrollo puede modelarse como un proceso evolutivo darwiniano celular somático. También se revisan las pruebas de la participación de la inestabilidad genómica (GI). Se revisan una variedad de modelos cuasi-mecanicistas de carcinogénesis, todos basados ​​en esta hipótesis evolutiva darwiniana somática, en particular, el modelo de múltiples etapas de Armitage y Doll (Br. J. Cáncer 1954:81-12), el modelo de dos mutaciones de Moolgavkar, Venzon y Knudson (MVK) (Matemáticas. Biosci. 1979:4755-77), el modelo MVK generalizado de Little (Biometria 1995:511278-1291) y varias generalizaciones de estos incorporando efectos de GI (Little y Wright Matemáticas. Biosci. 2003:183111-134 Pequeño et al. J. Theoret. Biol. 2008:254229-238).

Revisores

Este artículo fue revisado por RA Gatenby y M. Kimmel.


Introducción

El cáncer se deriva de la proliferación aberrante de células que pueden evitar la muerte celular y persistir a pesar de la acumulación de mutaciones genéticas. Después de la transformación maligna inicial, las células cancerosas continúan evolucionando durante la progresión de la enfermedad y la recaída del tumor (Alexandrov et al. 2020 Lipinski et al. 2016).

Como defensor comprometido del evolucionismo, el Dr. Peter Nowell propuso la teoría de la evolución clonal del cáncer, según la cual los clones de cáncer con una ventaja de supervivencia pueden prevalecer bajo presión de selección (Nowell 1976). Similar al modelo clásico de evolución de especies, la evolución del cáncer es un proceso dinámico: pueden ocurrir varios cambios celulares genotípicos y fenotípicos para conferir un alto grado de plasticidad celular (Boumahdi y de Sauvage 2020 Yuan et al. 2019). Como principal inductor de la heterogeneidad del cáncer y la resistencia a los fármacos, la plasticidad celular está impulsada por diversas causas, como las presiones de selección exógenas (incluido el estrés ambiental y del tratamiento) y la adaptabilidad endógena (incluida la inestabilidad genética y epigenética) (Boumahdi y de Sauvage 2020 Yuan et al. .2019). Tanto los oncogenes como los supresores de tumores pueden afectar la plasticidad y adaptabilidad celular. Los datos derivados de los enfoques de secuenciación de próxima generación han implicado que la plasticidad de las células cancerosas podría estar impulsada por numerosos cambios genéticos durante la evolución del cáncer (Alexandrov et al.2020 Ferrando y Lopez-Otin 2017) y revelaron una heterogeneidad intratumoral significativa en las células cancerosas. Es más, la inestabilidad genómica parece no solo cambiar los fenotipos celulares, sino también alterar la adaptabilidad y la plasticidad de las células cancerosas en respuesta a los cambios ambientales y las presiones del tratamiento. En esta revisión, destacamos la conexión emergente entre la plasticidad de las células cancerosas, la inestabilidad genómica y la mutagénesis durante la evolución del cáncer, y ofrecemos nuestra visión y opinión sobre la dirección y las estrategias terapéuticas en este campo de investigación que avanza rápidamente.


Inestabilidad genómica de células cancerosas en imagen h & e - Biología

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Resultados

Identificación, aislamiento, WGA y secuenciación de CTC simple de línea celular

Las líneas celulares LNCaP, PC3 y VCaP se seleccionaron como líneas celulares representativas de cáncer de próstata con aberraciones genómicas conocidas. Las células LNCaP se caracterizan por un heterocigoto PTEN deleción, las células VCaP albergan una amplificación del receptor de andrógenos (Arkansas) en el cromosoma X, y las células PC3 tienen un homocigoto PTEN supresión [37]. Se obtuvieron imágenes de las células usando 4 canales: DAPI, CK, AR y CD45. La presencia de expresión de CK y la falta de expresión de CD45 combinada con DAPI intacto cumple con la definición estándar de CTC y es consistente con su origen epitelial [23, 38]. La falta de proteína AR en las células PC3, a pesar de una Arkansas gen, es consistente con estudios publicados previamente [37,39]. Los niveles muy altos de proteína AR en las células VCaP son consistentes con una amplificación del gen AR previamente publicada [40]. Se muestran imágenes inmunofluorescentes representativas de líneas celulares LNCaP, PC3 y VCaP teñidas con CK, AR, CD45 y DAPI (Fig. 2A-2C).

Imágenes de CTC representativas de las líneas celulares (A) LNCaP, (B) PC3 y (C) VCaP. Los portaobjetos se tiñeron con CK, AR, CD45 y DAPI. Los CTC individuales se identificaron mediante el algoritmo de Epic Sciences y se confirmaron visualmente.

Se aislaron individualmente ocho células LNCaP, 8 células PC3, 5 células VCaP y 4 WBC para la preparación de la biblioteca de secuenciación y WGA. El rendimiento medio de WGA fue de 578 ng (norte = 25, con un rango de 227-1190 ng) (Fig. 3A). El rendimiento medio de la biblioteca fue de 581 ng (norte = 23, con un rango de 397-1216 ng) (Fig. 3B). Mientras que el 100% de las células individuales aisladas tenían concentraciones suficientes de ADN de WGA, 23/25 (92%) de las bibliotecas de NGS pasaron el control de calidad con un rendimiento adecuado y se procesaron adicionalmente para la secuenciación. Un promedio de 17 millones de lecturas / muestra (norte = 23, con un rango de 13 a 22 millones). El 99% de las lecturas se asignaron al genoma de referencia (hg38) y el 79% de las lecturas se asignaron con una puntuación MAPQ superior a 30 (Fig. 3C).

(A) Concentraciones de ADN y rendimiento total para cada WGA de una sola célula medida por UV / Vis. Se construyeron bibliotecas a partir de réplicas independientes de células individuales: 8 de LNCaP, 8 de PC3, 5 de VCaP y 4 de WBC. En general, logramos una tasa promedio de éxito del 100% durante el procedimiento de amplificación del genoma completo de una sola célula: 8/8 células individuales (100%) amplificadas con éxito para líneas de células cancerosas PC3 y LNCaP, mientras que 5/5 (100%) células VCaP individuales y 4/4 (100%) leucocitos individuales amplificados. Se obtuvo un rendimiento promedio de 578 ng (rango de 227-1190 ng) a partir de las reacciones WGA de una sola célula. (B) Concentraciones de las bibliotecas de secuenciación de próxima generación medidas por PicoGreen. Todas las bibliotecas de NGS pasaron el control de calidad con un rendimiento adecuado, excepto dos muestras que no produjeron ninguna cantidad detectable de producto de ADN de la biblioteca (una réplica de muestras de PC3 y WBC) (23/25 92% de tasa de éxito). Se obtuvo un rendimiento promedio de 581 ng (rango de 397-1216 ng) entre las bibliotecas de NGS de una sola célula. (C) Evaluación de la calidad de lectura de NGS. & gt99% de las lecturas NGS tuvieron una puntuación PHRED promedio mayor que la prealineación Q30, lo que indica lecturas de alta calidad. Se obtuvo una media de 17 millones de lecturas / muestra (en cada dirección). El 99% de las lecturas se asignaron al genoma de referencia (hg38) y el 79% de las lecturas se asignaron con una puntuación MAPQ superior a 30. * Falló la preparación de la biblioteca.

Reproducibilidad de secuenciación unicelular en líneas celulares

Los perfiles de CNV del genoma completo de células individuales de LNCaP, PC3, VCaP y WBC se normalizaron en log2 para visualizar áreas de amplificación o deleción. Los perfiles de número de copias de cada una de las réplicas biológicas independientes de las líneas celulares LNCaP, PC3 y VCaP (figura S1A-S1C) demuestran la reproducibilidad del ensayo en el sentido de que se detectan CNV consistentes en todas las réplicas biológicas dentro de una línea celular. Los perfiles representativos del número de copias de cada línea celular y el control de WBC se muestran en la Fig. 4A-4D. Se utilizaron coeficientes de correlación entre réplicas de LNCaP, PC3, VCaP y WBC para estimar la reproducibilidad del análisis del número de copias (Fig. 4E). Los valores absolutos de correlación de Pearson de 0 a 100% dentro y entre líneas celulares se representan como un diagrama circular utilizando Circos Table Viewer (http://mkweb.bcgsc.ca/tableviewer/). Cada segmento está codificado por colores, lo que indica una réplica de una línea celular. Los enlaces que conectan cada segmento se representan como cintas, cuyo ancho corresponde proporcionalmente al grado de correlación. Las réplicas de líneas intracelulares muestran cintas gruesas que se conectan entre sí, mientras que las líneas intercelulares muestran cintas finas, lo que indica que el ensayo es altamente reproducible dentro de cada línea celular. Para evaluar aún más la reproducibilidad de nuestra secuenciación de células individuales, analizamos células individuales, grupos de 5 células y grupos de 10 células, en réplicas de 5 cada una para las líneas celulares LNCaP, PC3 y VCaP. Las células se combinaron antes de la WGA y se analizaron mediante NGS. Las muestras replicadas se combinaron para análisis adicionales calculando el valor mediano del número de copias normalizado para cada gen. Se calcularon los coeficientes de correlación de Pearson para cada par de muestras. El análisis de correlación indicó que independientemente del número de células secuenciadas, los perfiles de CNV para todas las réplicas se correlacionaron altamente dentro de cada línea celular, pero no entre líneas celulares (Tabla S1). Estos datos también indican que las variaciones en el número de copias que se observaron para cada línea celular eran reproducibles mediante nuestros métodos NGS, lo que respalda nuestro método para determinar las CNV y la inestabilidad genómica en una sola célula. Además, para determinar la tasa de falsos positivos denominada por nuestro ensayo, analizamos la incidencia de eventos privados de NVC calculada mediante análisis de concordancia. La incidencia de eventos privados de NVC, que son eventos de NVC que se encuentran dentro de una réplica de una sola célula que no están presentes en otras células dentro de la misma línea celular, fue baja dentro de las líneas celulares (Tabla S1). Estos análisis indican que existe una alta tasa de concordancia intracelular debido al bajo número de eventos de CNV falsos llamados.

Gráficos del número de copias del genoma completo de las líneas celulares de cáncer de próstata (A) LNCaP, (B) PC3 y (C) VCaP, y (D) controles WBC. (E) Los valores absolutos de correlación de Pearson (0–100%) se calcularon en todas las muestras y se visualizaron utilizando Circos Table Viewer (http://circos.ca/presentations/articles/vis_tables1/). Para fines de visualización, se muestran las correlaciones más altas del 25% superior. Cada segmento codificado por colores representa una réplica de una línea celular. Las correlaciones entre réplicas se indican mediante enlaces o cintas, cuyo ancho es proporcional al grado de correlación. Se observaron correlaciones mucho más altas en las comparaciones de líneas intracelulares que en las comparaciones entre líneas celulares, lo que indica que el ensayo tiene una buena reproducibilidad independientemente de la línea celular utilizada. (F) Gráfico de caja-bigotes de las puntuaciones de LST para líneas celulares de cáncer de próstata y leucocitos. Las 3 líneas celulares tenían puntuaciones LST altas en comparación con los WBC, y PC3 y VCaP tenían las puntuaciones más altas. (G) Gráfico de caja-bigotes del número de copias de ADN normalizado log2 en Arkansas. Amplificación de la Arkansas Se observó el gen en las células individuales VCaP de forma reproducible (5/5, 100%). Esta amplificación no se observó en los controles PC3 (0/7), LNCaP (0/8) o WBC (0/3). (H) Gráfico de caja-bigotes del número de copias de ADN normalizado log2 en PTEN. La línea celular VCaP no se ha eliminado PTEN (0/5, 0%), mientras PTEN se detectó pérdida en PC3 (6/7, 86%), LNCaP (1/8, 13%) y 1/3 de controles WBC (1/3, 33%).

Análisis de inestabilidad y perfiles genómicos de líneas celulares

Se determinaron las puntuaciones de LST en las tres líneas celulares de cáncer de próstata probadas y WBC (Fig. 4F, Tabla 2). Se determinaron de forma reproducible puntuaciones de firma de inestabilidad genómica significativamente más altas para LNCaP, PC3 y VCaP, en comparación con los controles de WBC. Estos datos se resumen en la Tabla 2. Dadas las altas tasas de mutación de estas líneas celulares analizadas a granel [41, 42], nuestro análisis LST de una sola célula recapitula estos hallazgos.

Reproducibilidad de la CNV de la línea celular

El número de copias de ADN AR normalizado cambia en el cromosoma X correspondiente al Arkansas gen es consistente con un publicado previamente Arkansas amplificación de genes en células VCaP [40] (Fig. 4G) y con la alta expresión de la proteína AR (Fig 2C). Por análisis de CNV, Arkansas Se observó amplificación génica en 5/5 células VCaP, pero no en ninguna otra línea celular analizada ni en los controles WBC (Fig. 4G).

El normalizado PTEN Cambio en el número de copias de ADN en el cromosoma 10 correspondiente al PTEN el gen es consistente con el conocido PTEN Estado en estas líneas celulares: nulo en PC3 y reducido en células LNCaP heterocigotas, pero 2 copias en células VCaP [43-45] (Fig. 4H). Según nuestro límite de CNV (puntuación Z & gt 3 para amplificación o & lt -3 para pérdida), las células 1/8 LNCaP, 6/7 PC3 y 0/5 VCaP se denominaron como PTEN pérdida. 1/3 de las células WBC se denominaron como PTEN pérdida. No se observó que las células analizadas en este grupo tuvieran un PTEN amplificación. Si bien detectamos una reducción en el número de copias normalizadas para PTEN en las células LNCaP, no alcanzó significación estadística para la deleción para la mayoría de las células individuales analizadas. Esto probablemente se deba a la naturaleza multiploidía de esta línea celular, que puede comprimir nuestra sensibilidad para identificar la pérdida heterocigótica. En las celdas 1 PC3 donde PTEN no se observó pérdida, esto probablemente se debió al aislamiento de un WBC normal junto con la célula PC3 de interés, lo que llevó a la detección de las 2 copias de PTEN contribuido por el contaminante WBC.

Para abordar la posibilidad de detectar CNV falsas debido al proceso WGA, comparamos nuestros resultados de NGS con matrices de polimorfismo de nucleótido único (SNP) previamente publicadas en las líneas celulares LNCaP y PC3 [46]. Pudimos recapitular mediante NGS un subconjunto de genes que se encontraron amplificados o eliminados por la matriz de SNP en ambas líneas celulares (Tabla S2), lo que indica que nuestro método puede reproducir con precisión las CNV conocidas.

Requisito de profundidad de secuenciación mínima

Estimamos la cantidad mínima de lecturas necesarias para una determinación fiable de la inestabilidad genómica unicelular y otras alteraciones. en silico. Nuestra canalización de análisis de CNV se realizó en muestras descendentes (50%, 10%, 5% y 1% de lecturas) de datos de celda única de celdas LNCaP, PC3 y VCaP. Observamos puntuaciones de inestabilidad genómica consistentes detectadas con & gt

350K lecturas (Fig. S1D), y se observaron puntuaciones de inestabilidad genómica menos fiables con menor cobertura. Dado este hallazgo, estamos usando 350K lecturas como el número mínimo de corte de lecturas en nuestro QC.

La inestabilidad genómica es heterogénea en las CTC del cáncer de próstata

Se secuenciaron 67 CTC de 7 pacientes con cáncer de mCRPC y el número medio de CTC secuenciadas por paciente fue de 9,57 con un rango de 2-17 CTC por paciente. Dentro de esta cohorte de pacientes se observa una amplia gama de recuentos de CTC / ml, porcentajes de CTC positivas frente a CK negativas y porcentajes de CTC AR N-término positivo y AR N-término negativo, tanto dentro como entre pacientes, lo que refleja la naturaleza heterogénea de la enfermedad.

Se evaluó la distribución de LST en pacientes con CTC. La mayoría de los pacientes presentaba genomas de CTC inestables, excepto los pacientes 4 y 5, que tenían pocas CTC (2 y 3 CTC, respectivamente) (Fig. 5A, Tabla S3). Para los pacientes con genomas inestables, se observaron puntuaciones LST heterogéneas cuando se analizaron a nivel de una sola célula, como se resume en la Tabla S3.

(A) Gráfico de caja-bigotes de las puntuaciones de LST para las CTC de los pacientes. Se observaron puntuaciones altas de LST en 5/7 (71%) pacientes. (B) Gráfico de puntos del número de copias de ADN normalizado log2 en Arkansas. Amplificación de la Arkansas Se observó el gen en 5/7 (71%) pacientes. (C) Gráfico de puntos del estado de expresión de la proteína AR N-Terminal en cada CTC individual según lo detectado por IF, 5/7 (71%) pacientes tenían proteína AR amplificada, donde se observa amplificación AR en CTC CK positivas y CK negativas. (D) Gráfico de caja-bigotes de la expresión de la proteína AR N-Terminal en la ganancia del número de copias de AR y las CTC neutrales del número de copias. Se observó una mayor expresión de la proteína AR en el Arkansas grupo de ganancia de número de copia, p = 0,0025 mediante la prueba t de Student. (E) Gráfico de puntos del número de copias de ADN normalizado log2 en PTEN. Pérdida de PTEN se observó en 5/7 (71%) pacientes. En cada figura, un punto representa un único CTC.

Arkansas Copia de concordancia de números en CTC de cáncer de próstata

Arkansas Se detectó amplificación del ADN en 5 de 7 pacientes (ID de paciente 1, 2, 3, 6, 7) (Fig.5B), donde una amplia gama de Arkansas se observó amplificación a nivel inter e intrapaciente. De acuerdo con este hallazgo, se detectó expresión de proteína AR (AR N-término) en los mismos 5 de 7 pacientes (Fig. 5C). Se observó una expresión de proteína AR significativamente mayor dentro de CTC individuales que albergan Arkansas ganancia de número de copias en comparación con Arkansas CTC neutralesp = 0,0025) (Fig.5D), lo que sugiere Arkansas la amplificación de genes se correlaciona directamente con la expresión de la proteína AR.

PTEN Copia de concordancia de números en CTC de cáncer de próstata

PTEN Se observó pérdida en 5 de 7 pacientes (ID de paciente 1, 2, 5, 6, 7) utilizando CNV (Fig. 5E, Tabla 3). Para demostrar la concordancia utilizando un método ortogonal, se analizaron CTC individuales de la misma cohorte de pacientes para PTEN pérdida por PESCADO. Dos pacientes tienen homocigotos y uno tuvo pérdida hemicigótica de PTEN Confirmado por PTEN FISH, que se correlacionó con los resultados de NGS (ID de paciente 1, 6 y 2, respectivamente), mientras que 2 pacientes fueron clasificados como no eliminados por FISH y NGS (ID de paciente 3 y 4) (Tabla 3). Imágenes FISH representativas de CTC diploides y poliploides se muestran en la Fig. S2. Resúmenes de PTEN estado determinado por FISH se muestran en S3 Fig.


Las funciones duales de MYC en la inestabilidad genómica y la quimiorresistencia al cáncer

El cáncer está asociado con la inestabilidad genómica y el envejecimiento. La inestabilidad genómica estimula la tumorigénesis, mientras que la desregulación de los oncogenes acelera la replicación del ADN y aumenta la inestabilidad genómica. Por tanto, es razonable suponer un ciclo de retroalimentación positiva entre la inestabilidad genómica y el estrés oncogénico. De acuerdo con esta premisa, la sobreexpresión del factor de transcripción MYC aumenta la fosforilación de la serina 139 en la histona H2AX (miembro X de la familia central de histonas H2A), que forma el llamado γH2AX, el biomarcador sustituto más ampliamente reconocido de roturas de ADN de doble hebra. (DSB). Paradójicamente, MYC oncogénico también puede promover la resistencia de las células cancerosas a agentes quimioterapéuticos que dañan el ADN como el cisplatino, lo que implica claramente un papel antagonista de MYC en la inestabilidad genómica. En esta revisión, resumimos los mecanismos subyacentes de las funciones en conflicto de MYC en la inestabilidad genómica y discutimos cuándo y cómo la oncoproteína ejerce los roles contradictorios en la inducción de DSB y la protección de genomas de células cancerosas.

Palabras clave: Inestabilidad genómica de quimiorresistencia MYC γH2AX.


Conclusiones

Los CTC ofrecen la oportunidad de examinar el tumor de un paciente sin necesidad de biopsias de tejido. Las CTC nos permiten comprender el genoma de las células tumorales: las CTC capturan la naturaleza de todo el tumor y sus perfiles moleculares reflejan la dinámica de la evolución de las células tumorales. Se prevé que el perfil genético molecular de las CTC desentrañará la identificación de aquellas CTC que exhiben un alto nivel de GI vinculado a la agresividad y progresión de la enfermedad. Este enfoque también detectará aquellos CTC que son indolentes con un bajo nivel de IG. La caracterización molecular de las CTC puede, en el futuro, permitir una medicina verdaderamente personalizada para cada paciente.


¿Por qué la inestabilidad del genoma es un sello distintivo del cáncer y el envejecimiento?

Uno de mis profesores universitarios de biología les dijo una vez a sus estudiantes que cuando una persona vive lo suficiente, eventualmente desarrollará cáncer. No se equivocó: la vejez es un riesgo importante de desarrollar cáncer, ya que más del 60 por ciento de los casos de cáncer ocurren en personas de 65 años o más.

A primera vista, el envejecimiento y el cáncer parecen polos opuestos. El envejecimiento está asociado con la senescencia y la muerte. El cáncer está asociado con un crecimiento descontrolado. Pero existe una gran cantidad de evidencia científica que lleva a los científicos a creer que el envejecimiento y el cáncer tienen más en común de lo que uno podría pensar.

¿Qué hace que la población anciana sea más susceptible al cáncer? ¿Cuál es el vínculo entre envejecimiento y cáncer? Para abordar estas preguntas, debemos profundizar en uno de los sellos distintivos del cáncer y el envejecimiento: la inestabilidad del genoma.

La inestabilidad del genoma se define como una mayor tendencia a que ocurran mutaciones en su genoma (definido como un conjunto completo de su ADN). Una célula no tiene repentinamente una frecuencia de mutación más alta: la inestabilidad del genoma es a menudo una consecuencia de otra (s) mutación (es). Deben producirse una serie de mutaciones antes de que la célula experimente una inestabilidad del genoma en toda regla.

Las mutaciones surgen de una replicación errónea del ADN.

Las mutaciones son consecuencia de errores cometidos en la replicación del ADN, un proceso que copia el ADN para preparar una célula para la división celular. Antes de que una célula se divida, el ADN debe copiarse para que la célula madre y la célula hija tengan la misma cantidad de ADN idéntico.

El ADN es quizás el material más importante de una célula: es un modelo para la supervivencia, el mantenimiento y la reproducción de la célula. Uno puede imaginarse lo importante que es que el proceso de copia sea extremadamente preciso. Un mensaje incorrecto puede ser perjudicial no solo para la celda principal, sino también para todos sus descendientes.

La replicación del ADN es de hecho extremadamente precisa, con un promedio de solo un error por cada 10 9 a 10 10 eventos de copia. Además de eso, las células pueden detectar y corregir errores revisando el nuevo producto para asegurarse de que todo esté correcto. Y como guinda, el proceso es extremadamente eficiente. En las células eucariotas, hay 50 eventos de copia por segundo en promedio. Buscamos una máquina altamente eficiente que sea más precisa que cualquier producto hecho por el hombre.

Pero nada es perfecto: nuestras células nunca sufrirían mutaciones si la replicación del ADN fuera perfecta. Se cometen errores espontáneos y pueden persistir en el producto de ADN final como mutaciones cuando los errores escapan de alguna manera al sistema de vigilancia de la célula.

Los mutágenos aumentan las mutaciones y las posibilidades de inestabilidad del genoma

Podría pensar: "Así que las mutaciones pueden surgir espontáneamente, ¡pero un error por cada 10 9 a 10 10 eventos no parece mucho!" Si bien eso es cierto, nuestras células están constantemente expuestas a mutágenos que dañan el ADN y aumentan las posibilidades de que ocurran errores permanentes.

Algunos de los mutágenos son "endógenos", lo que significa que son subproductos de procesos naturales en la célula. Hay dos clases principales de mutágenos endógenos. Primero, las reacciones químicas espontáneas pueden provocar errores. En segundo lugar, los subproductos del metabolismo, como las moléculas químicas reactivas con oxígeno, pueden dañar el ADN. Desafortunadamente, no hay mucho que podamos hacer para evitarlos.

Otros son "exógenos": estos son los mutágenos ambientales que a veces podemos evitar. Estos incluyen mutágenos que a menudo se escuchan en los medios, como la luz ultravioleta del sol. Los mutágenos exógenos pueden aumentar el daño del ADN ya sea causando daños directamente al ADN o aumentando la cantidad de mutágenos endógenos.

Una vez que una célula tiene más daño en el ADN debido a mutágenos, se vuelve más susceptible a las mutaciones en el ADN, incluidos los genes que son importantes para reparar los daños en el ADN. Sin un mecanismo para reparar adecuadamente los daños, el ADN de la célula se vuelve aún más susceptible a las mutaciones. En otras palabras, el genoma de la célula ahora es inestable.

La inestabilidad del genoma es un sello distintivo tanto del cáncer como del envejecimiento

Las células normales crecen y mueren, al igual que las personas y otros organismos. Una célula cancerosa, por otro lado, es inmortal porque puede crecer y dividirse indefinidamente. En una célula cancerosa, el mecanismo que detiene el crecimiento descontrolado de la célula suele estar mutado. Entonces, una célula con inestabilidad genómica puede transformarse en una célula cancerosa si los genes importantes para detener el crecimiento descontrolado obtienen mutaciones y dejan de funcionar. Ésta es una de las razones por las que la inestabilidad del genoma es un sello distintivo del cáncer.

A pesar de la alta precisión, los mutágenos endógenos y exógenos representan una gran amenaza para el ADN. Estos mutágenos nos rodean. Estamos constantemente expuestos y los daños se acumularán con el tiempo. Naturalmente, un organismo más viejo se habrá enfrentado a más mutágenos y es más probable que tenga daños y errores en el ADN que un organismo más joven. El hecho de que un organismo más viejo tenga más mutaciones que un organismo más joven es cierto no solo para las personas, sino también para otros organismos, como la levadura en ciernes (utilizada para hornear y hacer cerveza).

Los genomas de las células pueden volverse realmente inestables cuando envejecen porque las mutaciones se acumulan con el tiempo. En una célula más vieja, los genes que son importantes para reparar los daños del ADN y controlar el crecimiento de la célula tienen más probabilidades de tener mutaciones que en una célula más joven. La acumulación de mutaciones debido al envejecimiento también puede hacer que las células pierdan el control de su crecimiento y se vuelvan "cancerosas".

En una era de población envejecida

Aunque el cáncer y el envejecimiento tienen algunos motivos biológicos comunes, todavía son muy complejos y no se comprenden completamente. Los investigadores no pueden generalizar demasiado y decir que la falta de respuestas adecuadas a los daños del ADN es lo que causa tanto el envejecimiento como el cáncer. ¿Es el envejecimiento una consecuencia directa del daño del ADN en sí mismo o de la inestabilidad del genoma que sigue al daño? Si el daño al ADN causa tanto envejecimiento como cáncer, ¿por qué las dos consecuencias son tan diferentes?

Pero lo que sí sabemos es que el envejecimiento es un riesgo de desarrollar cáncer. Vivimos en una era de población que envejece. Las personas viven más gracias a un mejor saneamiento y conocimientos médicos, y no tienen tantos hijos. La población de 65 años o más es el segmento de más rápido crecimiento de la población de EE. UU. Actualmente, 1 de cada 8 personas en los Estados Unidos tiene más de 65 años. Para el 2030, 1 de cada 5 personas de la población estadounidense tendrá más de 65 años.

Estos cambios demográficos de los EE. UU. Están creando nuevos desafíos para la atención del cáncer. Primero, la fuerza laboral médica puede ser demasiado pequeña para atender al mayor número de pacientes con cáncer. En segundo lugar, el costo de la atención del cáncer está aumentando rápidamente, más rápido que en otros sectores de la medicina. El costo de la atención del cáncer ha aumentado de $ 72 millones en 2004 a $ 125 millones en 2010 y se prevé que aumente a $ 173 millones para 2020. Como resultado, los Centros de Servicios de Medicare y Medicaid, que es la mayor aseguradora para personas mayores de 65 años, se enfrenta a desafíos financieros.

Los proveedores de atención médica deberán anticipar la epidemia y abordarla de muchas maneras diferentes, incluida la investigación, la práctica clínica y la educación, para llenar el vacío de la práctica basada en la evidencia para el tratamiento de la población anciana con cáncer. Un mayor enfoque en la población anciana con cáncer resultará en tratamientos mejorados que son necesarios con el crecimiento demográfico proyectado.


IRX5 provoca inestabilidad genómica en células de cáncer colorrectal

Se ha identificado que el gen de la homeobox Iroquois 5 (IRX5), uno de los miembros de la familia del homeobox Iroquois, se correlaciona con un peor pronóstico en muchos cánceres, incluido el cáncer colorrectal (CCR). En este estudio, la regulación positiva de IRX5 reveló una gran reducción en la proliferación de las líneas celulares de cáncer colorrectal de CCR SW480 y DLD-1, que se acompañó de detención de G1 / S, aumento de la expresión en ciclina E1, P21 y P53 y disminución de ciclina. A2, B1 y D1. Además, IRX5 mediaba por un aumento de la expresión de la proteína RH2A, el biomarcador del daño del ADN. En consecuencia, el nivel de SA-β-gal es más alto en las células de sobreexpresión de IRX5 en comparación con las de control, que mostraron un daño elevado en el ADN provocado por la senescencia celular. Recapitulando los hallazgos anteriores, IRX5 exhibió niveles más altos de inestabilidad genómica. El IRX5 puede ser un objetivo en perspectiva para la terapia del cáncer y merece una mayor investigación.

Palabras clave: IRX5 Iroquois homeobox genes Vía RH2A inestabilidad genómica del cáncer colorrectal.


OBSERVACIONES FINALES

Los últimos 20 años han sido testigos de avances significativos en nuestra comprensión de los eventos moleculares que se desencadenan por amenazas a la integridad del genoma. Se han identificado jugadores clave y la caracterización genética y bioquímica de estos genes y sus productos proteicos codificados ahora los identifican como verdaderos "guardianes del genoma". La desregulación de estos genes conduce a genomas inestables. La inestabilidad genómica excesiva generalmente conduce a la muerte celular, un factor en la utilidad de MLN4924 como agente anticanceroso. Sin embargo, debido a las muchas vías redundantes para prevenir la replicación excesiva o para la reparación, es raro que las mutaciones (o el silenciamiento epigenético) que afectan a vías únicas creen tanta inestabilidad genómica como para causar la muerte celular. En cambio, la inactivación de estas vías únicas simplemente aumenta la carga de mutaciones sin provocar la muerte celular. La heterogeneidad resultante en los genes de las células hijas permite la aparición de células con ventajas de crecimiento o supervivencia, lo que impulsa el desarrollo del cáncer. La misma heterogeneidad se encuentra detrás de la resistencia de los cánceres a muchos tipos de terapia. Por lo tanto, un objetivo principal de nuestro campo debería ser explotar las anomalías conocidas del control de la reparación y la replicación en los cánceres para determinar qué vías de reparación redundantes deberían inhibirse terapéuticamente para producir una "letalidad sintética" en las células cancerosas. Esto convertirá la maquinaria generadora de mutaciones en el cáncer en un talón de Aquiles al empujar selectivamente a las células malignas hacia una extensa inestabilidad genómica y muerte celular.