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Introducción
El paso selectivo de sustancias es una de las funciones más importantes de la membrana plasmática. Dentro de los mecanismos de transporte involucrados en este proceso, se encuentra el transporte activo, el cual requiere de la participación de algunas proteínas transmembranales, que determinan el paso de las sustancias en contra de un gradiente de concentración o de un potencial electroquímico, por lo que requieren del consumo de energía en forma de ATP para su funcionamiento. 1 2
Existen cuatro tipos de bombas que acoplan el transporte a la hidrólisis de ATP, las que también son conocidas como bombas ATPasas. Dentro de estas, la superfamilia ABC constituye la mayor familia de transportadores de membrana. El término ABC deriva del inglés “ATP binding- cassette” el cual hace referencia a los dominios catalíticos, altamente conservados, de la proteína que une ATP durante el transporte; también se pueden encontrar como caja de unión a ATP. En el genoma humano existen 49 genes conocidos para las proteínas de la familia ABC. En animales inferiores, plantas y microorganismos, también existen genes que codifican para este tipo de transportadores. 2 4
Estas ATPasas bombean, de forma unidireccional o vectorial, aminoácidos, péptidos, proteínas, iones metálicos, diversos lípidos, sales biliares y muchos compuestos hidrofóbicos, incluidos medicamentos, fuera de las células y en contra de un gradiente de concentración. También se han visto relacionadas con el transporte de sustancias hacia el interior de compartimentos intracelulares como el retículo endoplasmático, mitocondria o peroxisomas.4
Los genes ABC son esenciales para muchos procesos celulares como por ejemplo, la absorción y eliminación de fármacos en el organismo. Las mutaciones en al menos 13 de ellos se relacionan o contribuyen a la aparición de una serie de trastornos genéticos en los seres humanos dentro de los que se encuentran entre otros: la fibrosis quística, enfermedad de Tangier, síndrome de linfocitos desnudos tipo I y anemia sideroblástica con ataxia ligada a X. 4 - 7.
Desde hace años se conocen los defectos hereditarios en el transporte de membrana y se han identificado los genes involucrados. En la última década, el término polimorfismo se ha relacionado con los transportadores de membrana que participan en la respuesta farmacológica, pues se ha comprobado que una mínima variación en la secuencia de su ADN se traduce como una alteración en el fenotipo, que provoca cambios en esta respuesta. En el caso específico de que ocurra una pérdida total de la respuesta farmacológica primaria (bien sea congénita o adquirida), a pesar de haber alcanzado las concentraciones terapéuticas del medicamento, se habla de resistencia o inmunidad medicamentosa. El gran problema que encierra el estudio de las resistencias no radica solo en la aparición de estas sino que también pueden limitar tratamientos posteriores. Por ello es importante identificarlas con los estudios correspondientes para de esta forma individualizar y optimizar al máximo el régimen terapéutico. 8 9 10.
Desde el punto de vista clínico los transportadores del tipo ABC también tienen gran importancia ya que se pueden relacionar con la aparición de afecciones como Alzheimer (ABCAB1 y ABCA7/ gpP), aterosclerosis (ABCA1 y ABCG1), enfermedades hepáticas (ABCB11 y ABCB4), además de las que se corresponden con los trastornos genéticos antes mencionados. Este contexto convierte a los transportadores ABC en dianas atractivas para el diseño de medicamentos. Sin embargo pueden, al mismo tiempo, expulsar diferentes fármacos de la célula, haciéndola resistente a estos como se ha descrito para agentes antitumorales, antirretrovirales y anticonvulsivantes. 11 16Por ello el objetivo de este trabajo es actualizar conocimientos acerca de los transportadores de la superfamilia ABC vinculados con la resistencia farmacológica.
Materiales y métodos
Se realizó un estudio donde se aplicó el método cualitativo, mediante una revisión bibliográfica y documental sobre el tema en fuentes de datos digitales. Se usaron los descriptores DeCs-MeSH: transportadores ABC, superfamilia ABC, resistencia farmacológica, ATP binding- cassette.
Se revisaron artículos publicados sobre el tema, a través de los buscadores habituales (Google, PubMed, Cochrane, Future Medicine, Scielo), teniendo en cuenta su calidad y actualidad.
Se realizó el análisis de contenidos a través de expertos. Para la recolección de los datos se elaboró una ficha instructiva. El tratamiento de los datos se realizó mediante el análisis de contenido de tipo directo.
Resultados
Las ATPasas de tipo ABC tienen cuatro dominios, dos de ellos son proteínas integrales de membrana, altamente hidrófobas, mientras que los otros dos son proteínas periféricas, localizadas en la cara citoplásmica de la membrana. Cada uno de los dos dominios integrales consta de seis segmentos transmembrana, que probablemente forman el elemento de paso de las moléculas de soluto. Los dos dominios periféricos son los cassettes que unen ATP y acoplan su hidrólisis al proceso del transporte.3 4
El estudio del transporte de fármacos se centra fundamentalmente en dos superfamilias la ABC y la SLC (del inglés: solute carrier). La mayor parte de las proteínas ABC corresponden a transportadores activos primarios. 5- 6
Los transportadores ABC se subdividen a su vez en siete clases o subfamilias (A-G) según la homología de su secuencia:
La resistencia a antitumorales, antibióticos, antivirales y otros medicamentos puede ser consecuencia de diversos mecanismos que incluye mutaciones del receptor, incremento en la expresión de las enzimas que degradan o aumentan la eliminación del fármaco de la célula y el desarrollo de una vía bioquímica alternativa.
Hasta la fecha se han identificado principalmente tres de las proteínas transportadoras de la superfamilia ABC de las bombas ATPasas que se encuentran implicadas en la resistencia farmacológica:
Discusión
Resistencia a los agentes antitumorales La mayoría de los tumores terminan siendo resistentes a múltiples agentes quimioterapéuticos, por un fenómeno de multirresistencia. Los mecanismos de esta pueden ser clasificados en dos grandes grupos:
-
a) Aquellos mediados por factores intracelulares: se pueden agrupar en:
-
b) Aquellos mediados por fenómenos extracelulares:
Relacionado con el aclaramiento plasmático y
Derivados de la existencia de barreras fisiológicas18
La falta de sensibilidad de las células tumorales a determinados fármacos por su expulsión hacia la matriz extracelular es uno de los mecanismos más estudiados y está relacionado con las siguientes proteínas:
La gpP es una glicoproteína de membrana codificada por el gen ABCB1 (antiguamente MDR 1) localizado en el cromosoma 7, cuya expresión determina un fenotipo tumoral resistente a varios fármacos, dentro de los que se encuentran: alcaloides de la vinca, epipodofilotoxinas, taxanos y antraciclinas. Puede expresarse tanto de forma innata como en determinados procesos neoplásicos donde su expresión puede inducirse por el tratamiento con quimioterapia, hormonoterapia o radioterapia. Se describe que pueden relacionarse con una mala respuesta al tratamiento y un peor pronóstico en gran variedad de tumores, como: sarcomas, cáncer de colon, de mama, de ovarios, mesoteliomas y osteosarcomas, entre otros. 18, 19
En el caso particular del cáncer de mama la sobreexpresión del gen ABCB1/gpP está asociada con una pobre respuesta a los fármacos antitumorales, sin embargo hay autores que no encuentran una asociación entre la expresión de este gen y el pronóstico en pacientes con este tipo de cáncer. 20 - 23
Por su parte, las proteínas Mrp, codificadas por el genABCC2 se pueden localizar tanto en la membrana citoplasmática como en la del retículo endoplasmático; estas transportan aniones orgánicos y moléculas neutras, conjugadas o no, con glutatión, glucuronatos y sulfatos, hacia el exterior de la célula. Se han descrito varias proteínas de esta familia, cada una de la cuales tienen afinidad específica por sus sustratos:
Mrp1 y Mrp 2 son similares en cuanto a sustrato. Mrp 1 tiene mayor afinidad para aniones orgánicos y algunos autores la relacionan con la resistencia a cisplatino y la Mrp2 se relacionada con la resistencia a irinotecán y mitoxantrona
Mrp3: asociada a la resistencia a doxorubicina, vincristina, etopósido, cisplatino y metotrexato
Mrp4: su aumento se asocia a resistencia a antivíricos contra el VIH y se piensa que puede estar relacionada con la resistencia a análogos de nucleótidos como la 6-mercaptopurina o la tioguanina.
Mrp5: transportador de moléculas conjugadas con glutatión y de antirretrovirales
Mrp6: asociada a la resistencia de etopósido
El gen ABCG2 codifica para la Brcp y le confiere elevada resistencia a diferentes familias de fármacos antineoplásicos con estructuras químicas y mecanismos de acción muy diferentes. Los fármacos inhibidores de la actividad tirosonquinasa como el imatinib, dasatinib o nilotibid, bloquean de forma competitiva la unión del ATP en el centro catalítico de diferentes proteínas, quedando así inhibida la expansión clonal de las células malignas.
Cuando ocurren modificaciones en la secuencia de aminoácidos que codifican para la Brcp- abl, se producen alteraciones en la estructura tridimensional de esta proteína, lo cual dificulta o impide su unión con esos medicamentos; situación que hace que al paciente resistente. De igual forma se comportan estas alteraciones a nivel de otro grupo de enzimas: las topoisomerasas II, las cuales son muy importantes en el metabolismo del ADN ya que son las responsables de romper y después unir nuevamente las cadenas de nucleótidos, formadas durante la replicación celular. La aparición de polimorfismo genético en la Brcp se relaciona con la aparición de resistencia frente a fármacos antineoplásicos que actúan inhibiendo a la topoisomerasa II como el irinotecán, topotecán y antraciclinas, entre otros.18 25, 26
Uno de los mayores impedimentos y desventajas que muestran las células afectadas por el cáncer durante el uso de la quimioterapia es precisamente la resistencia multidrogas. Una vez que aparece el tratamiento se vuelve inefectivo. Debido al incremento de esta resistencia a las drogas antitumorales se ha necesitado desarrollar nuevos mecanismos para aumentar la disponibilidad del fármaco en las células afectadas. Los transportadores ABC (sobre todo la gpP) se han convertido en blanco de los más recientes avances en este sentido.
Los adelantos en la ciencia, perfilan las investigaciones en el empleo de las nanopartículas, pues estas no requieren de transportadores debido a que penetran en la célula por endocitosis. Se ha visto que pueden inhibir la actividad de la gpP como bomba de expulsión por lo que se han vinculado, sobre todo, a la terapia anticáncer. Los experimentos realizados indican que la administración de una combinación de nanopartículas con doxorubicina, uno de los fármacos anticancerígenos más usados, asegura la retención de esta última en las células. De esta forma células con melanoma resistentes a este fármaco, se han convertido en susceptibles a él y han provocado una reducción significativa del tumor. 27- 28
Resistencia antimicrobiana:
Las bombas de expulsión constituyen un mecanismo notable de resistencia antimicrobiana de parásitos, bacterias y hongos. La resistencia del Plasmodium falciparum a casi todo los antipalúdicos, y en particular a la cloroquina, quinina, mefloquina, halofantrina y la combinación artemeter- lumefantrina es mediada por un transportador ABC que codifica el gen 1 de resistencia a múltiples fármacos, propio del Plasmodium falciparum. Mutaciones puntuales en dicho gen son las que originan la resistencia farmacológica y la ineficacia de la quimioterapia. La expulsión del medicamento actúa en tándem con la resistencia cromosómica, por lo que se inducen las bombas de expulsión. A pesar de que hay muy poco aumento de las concentraciones inhibitorias mínimas éste, es suficiente para que se produzca más replicación microbiana y aumente la frecuencia de las mutaciones, apareciendo la resistencia por medio de mutaciones cromosómicas más sólidas29
Las mutaciones no son causadas por la exposición al fármaco, son fenómenos aleatorios que le confieren al microorganismo una ventaja en la supervivencia cuando está presente un fármaco. Las estrategias terapéuticas subóptimas a veces culminan con la destrucción selectiva de la población más susceptible, lo que permite que los microorganismos resistentes proliferen.29
El género Mycobacterium presenta una abundancia de bombas de salida en la membrana bacteriana. Dichas proteínas de transporte expulsan por bombeo sustancias químicas con potencial dañino, del citoplasma al espacio extracelular, y de ellas depende la resistencia intrínseca de las micobacterias a muchos antibióticos habituales. En el Mycobacterium tuberculosis comprenden el 2.5% total del genoma. En fecha reciente se demostró que mutaciones cromosómicas en gidB (una metiltransferasa de ARNr para ARNr 16S) se vinculaban en un grado elevado con este este tipo de resistencia en fármacos como la estreptomicina. 30
En el caso de la Cándida albicans el mecanismo principal de la resistencia se relaciona con el aumento de la salida de antimicóticos azólicos mediante la bomba de unión ATP (ATPasa del tipo ABC) debido a acumulación de mutaciones en ERG 11, gen que codifica la 14-a-esterol desmetilasa y que confiere además resistencia cruzada para todos los azoles.30
Resistencia a los fármacos antirretrovirales:
A pesar de los enormes logros en la reducción de la transmisión del VIH, así como de las enfermedades y las muertes asociadas a este durante la última década; la respuesta global a la epidemia enfrenta múltiples desafíos, dentro de los cuales se encuentra la aparición de farmacorresistencia por el uso prolongado de los antirretrovirales.
Un virus salvaje es aquel cuya constitución genética no ha sufrido cambios en su genoma. Cualquier alteración en la secuencia de un gen, sea por inserción, translocación o deleción de uno o varios aminoácidos, se conoce como mutación. Aparece resistencia cuando alguno de estos cambios en el genoma viral se traduce en una reducción de la sensibilidad a uno o más fármacos. 31
El virus del VIH, per se, tiene una alta variabilidad genética ya que entre otros factores la transcriptasa inversa carece de capacidad correctora de errores. Esta elevada tasa de mutaciones, característica de este virus, genera variantes virales con resistencia a diferentes medicamentos antirretrovirales, sobre todo cuando son empleados a concentraciones subóptimas. Se ha observado que estas mutaciones asociadas a resistencia, pueden ser fijadas en el genoma viral y ser transmitidas a nuevos hospederos, lo cual generará una población viral intrínsecamente resistente a uno o varios medicamentos antirretrovirales, que posteriormente se traducirá en falla virológica en este individuo y por consiguiente en fracaso del tratamiento.32- 33
Los medicamentos antirretrovirales se dividen en seis clases:
inhibidores nucleótidos de transcriptasa reversa (INTR)
inhibidores no nucleótidos de transcriptasa reversa (INNTR)
inhibidores de proteasa (IP)
inhibidores de fusión
bloqueadores del correceptor CCR5
inhibidores de integrada (INI) 31
Los antirretrovirales pueden clasificarse en fármacos de barrera genética baja, si una sola mutación es suficiente para inducir resistencia, o de barrera genética alta, si por el contrario se precisa la acumulación de varias mutaciones para reducir la sensibilidad al fármaco. En general, el tiempo que tarda en producirse la resistencia es proporcional al número de mutaciones requeridas para ello y, en cualquier caso, las resistencias genotípicas siempre preceden a las fenotípicas. Estas ultimas se manifiestan como la necesidad de una mayor concentración de fármaco in vitro (respecto a la cepa salvaje) para inhibir el crecimiento del VIH en un cultivo celular y aparecen como consecuencia tanto de resistencias genotípicas en la población viral predominante, como de la presencia de resistencias celulares en el paciente.31- 34
Los transportadores de la superfamilia ABC participan habitualmente en la absorción, distribución y eliminación de fármacos antivirales, como se ha visto con inhibidores de proteasa (IP) (indinavir, ritonavir, adefovir). Los polimorfismos genéticos a nivel de la subfamilia ABCB1, están implicados en la resistencia celular a este grupo de fármacos (IP) ya que inducen la síntesis de gpP encargada de extraerlos de la célula, disminuyendo así la efectividad del tratamiento. También se ha determinado que la sobreexpresión de la proteína 4 de resistencia a múltiples fármacos (Mrp 4), acompaña a la resistencia farmacológica de los análogos de los nucleósidos antivirales. Estudios recientes hacen sospechar la posible relación entre el aumento de Mrp a nivel linfocitario y la infección por el VIH. 5 31 35
Por último, cuando las mutaciones que confieren resistencia a un determinado fármaco también son responsables de la pérdida de sensibilidad a otros fármacos de la misma familia se habla de resistencia cruzada. Esto es muy importante ya que indica que si el tratamiento no se realiza bien desde un principio, el fracaso terapéutic, debido a la aparición de resistencias, no sólo invalida el tratamiento actual, sino que compromete la eficacia de tratamientos futuros.31, 36
La aparición de resistencias es un hecho y como las resistencias cruzadas pueden limitar las nuevas opciones de tratamiento, es muy importante identificarlas para optimizar el tratamiento antirretroviral y así obtener el máximo beneficio terapéutico. Entre las pruebas de detección de resistencias se encuentran:
Genotipado: análisis de la secuencia del genoma viral, lo cual permite la identificación de mutaciones que han sido relacionadas con resistencia y/o resistencia cruzada en estudios previos, identificando las mutaciones que se han asociado a los cambios de susceptibilidad del virus a los fármacos sin dar idea cuantitativa del nivel de resistencia
Fenotipado: realiza una valoración cuantitativa directa del nivel de susceptibilidad de una muestra viral a determinados fármacos in vitro. Los valores obtenidos de la muestra del paciente se comparan con los de una cepa salvaje de referencia y el grado de resistencia está dado por la diferencia de susceptibilidad encontrada entre ambas muestras para un determinado fármaco. Este procedimiento tiene la desventaja de ser más costoso que el anterior. 31
Resistencia a los fármacos anticonvulsivantes
La epilepsia es uno de los desórdenes neurológicos crónicos más frecuentes que afectan a personas de cualquier edad. El pronóstico para la mayoría de los pacientes es bueno, aunque se plantea que en más del 30% las convulsiones pueden continuar a pesar de llevar un tratamiento adecuado. La resistencia medicamentosa a fármacos anticonvulsivantes está presente en alrededor de la tercera parte de los pacientes epilépticos, los cuales no responden a la terapia simple o combinada con este tipo de medicamentos. Esta situación se asocia con aumento de la morbilidad y la mortalidad. 37
Se han comprobado diferentes vías que participan en la activación de los mecanismos de resistencia relacionados, fundamentalmente con alteraciones en los transportadores de membrana. La gpP, producto de ABCB1 de la superfamilia ABC de la ATPasa, es uno de ellos; su expresión a nivel de la cara apical de las células epiteliales del intestino y en las células endoteliales de los capilares cerebrales regula la biodisponibilidad oral y el acceso cerebral de los fármacos anticonvulsivantes respectivamente. En pacientes con epilepsia intratable, la reducción de la concentración del medicamento dentro de los tejidos afectados se relaciona con sobre-expresión de estos transportadores a nivel de la barrera hematoencefálica. Existen estudios de que en una proporción estadísticamente significativa de barreras hematoencefálicas resistentes a fármacos, se ha observado un polimorfismo genético en la posición C3435T de ABCB1 que se relaciona a su vez con una reducción de la sensibilidad a estos medicamentos. Aún no está claro todavía si esta sobrexpresión es consecuencia de las propias convulsiones, del tratamiento antiepiléptico o si está implicada la genética en el aumento de la expresión de las proteínas transportadoras. 38 39
En los últimos años la Mrp 2, miembro también de la superfamilia ABC (ABCC2), se ha visto implicada en este tipo de resistencia mediante la aparición de una variación en el extremo 5'UTR de este gen (-24 C>T). La sobreexpresión de los transportadores ABCC2 en las células de la barrera hematoencefálica puede incrementar el eflujo de fármacos anticonvulsivantes a través de los capilares del lúmen, lo que provoca una reducción en la concentración de estos en el cerebro hasta niveles que pueden ser inadecuados para el control de las convulsiones. 40- 41
De manera general, todos estos polimorfismos dependen del genotipo individual, aunque no es menos cierto que se han encontrado diferencias farmacogenéticas entre asiáticos y caucásicos, la presencia de estas alteraciones provocan un desequilibrio significativamente asociado a la fármaco-resistencia, sobre todo en medicamentos como carbamazepina, fenobarbital, lamotrigina, entre otros. 37 41
Conclusiones
Los transportadores ABC participan en la expulsión de productos xenóbioticos de los tejidos sanos, por ello regulan el contacto de las células con los carcinógenos químicos, las toxinas ambientales y los fármacos; tienen una función central en los efectos adversos de estas sustancias sobre la célula.
La presencia de polimorfismo genético en la superfamilia ABC, además de relacionarse con la aparición de múltiples enfermedades, se vincula con alteraciones farmacocinéticas en un amplio grupo de fármacos las cuales pueden llevar a la resistencia farmacológica de estos.
Existen grandes avances en cuanto a la caracterización funcional del impacto de las modificaciones en los transportadores ABC y el mecanismo de susceptibilidad a los medicamentos. En esta dirección se centran las más recientes investigaciones a nivel molecular que exploran estos sitios como blanco terapéutico.
