Desde las trincheras de las ciencias básicas

 

Mutaciones oncogénicas activan el EGFR y promueven la dimerización de su cinasa

 

Fernando López Casillas ^a

 

^a Instituto de Fisiología Celular. UNAM. México, DF. http://www.ifc.unam.mx/researchers/lopez-casillas/es correo electrónico: fcasilla@ifc.unam.mx

 

El artículo de Shan y colaboradores (2012)¹ que hoy comentaremos tiene que ver con los mecanismos patogénicos del cáncer, una enfermedad de muchas caras con un común denominador: la proliferación incontrolada de una estirpe celular.

La proliferación celular es un proceso indispensable para la vida y esta sometida a un riguroso control homeostásico. En condiciones fisiológicas la división celular es promovida por una gran variedad de factores tróficos secretados por las células. Este control es indispensable para permitir que la división celular sólo ocurra cuando sea necesario, por ejemplo, durante el desarrollo embrionario, el mantenimiento de epitelios y endotelios, y la reparación de tejidos, entre muchos otros procesos. Cuando alguno de estos factores tróficos pierde su control fisiológico, la proliferación celular se vuelve patológica, como en el cáncer. De ahí que entender como funcionan estos factores sea vital para el desarrollo de terapias racionales y efectivas para las enfermedades oncológicas.

Uno de los factores tróficos celulares mejor estudiados es el factor de crecimiento epidérmico (EGF, epidermal growth factor), representativo de un grupo de factores mitogénicos, como el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF, platelet derived growth factor), el factor de crecimiento de fibroblastos (FGF, fibroblast growth factor), etc.

Dichos factores son polipéptidos secretados al exterior celular, que al encontrar un receptor específico en alguna célula vecina, su blanco o destinatario funcional, la incitan a dividirse. Esto se logra a través de una serie de reacciones bioquímicas que se denominan colectivamente "la vía de señalamiento del factor". En el caso del EGF, esta vía se inicia cuando el factor se une por el exterior de la célula con su receptor específico, el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR, epidermal growth factor receptor) lo que ocasiona que 2 moléculas del receptor se asocien y formen un dímero. Esta dimerización propicia que al otro lado de la membrana plasmática las regiones cinasa del receptor también se asocien y se activen.

La dimerización fisiológica de las cinasas, inducida por la unión del EGF a la región extracelular del receptor, ocurre mediante el contacto de el lóbulo N de una cinasa con el lóbulo C de otra (figura 1). Una vez dimerizadas, la cinasa se activa y fosforila diversos sustratos proteicos que propagan por el interior celular la señal del EGF. Eventualmente, estas fosforilaciones harán que la célula duplique su genoma y entre en mitosis.

Como se podría anticipar, la actividad cinasa del EGFR es un paso crucial para la división celular mediada por EGF y las alteraciones en su actividad pueden causar una patología. En su trabajo, Shan y sus colegas estudiaron la "dinámica molecular" de algunas formas mutantes del EGFR que se presentan en diversos tipos de carcinomas que poseen una cinasa hiperactiva, y de ahí una capacidad prooncogénica.

Los estudios de dinámica molecular son simulaciones hechas en computadora que, partiendo de una estructura cristalográfica previamente determinada y con base en reglas de interacción química, predicen los movimientos que cada uno de los átomos que la constituyen harían a lo largo del tiempo. Hacer la dinámica molecular de un polipéptido como la cinasa del EGFR es una tarea mayúscula, pues implica tomar como punto de partida la posición reportada en la estructura cristalográfica de cada uno de los átomos que forman los 330 aminoácidos de la cinasa y de ahí calcular todas las posiciones posibles en que se podrían reacomodar cada uno de esos aminoácidos.

Al hacer estos modelajes moleculares los aminoácidos no cambian su posición en la secuencia polipeptídica, sólo se predicen los posibles reacomodos de sus grupos funcionales, lo cual revela posibles variantes de la estructura terciaria de la proteína. Generalmente, estas variantes o alternativas conformacionales de la estructura se reflejan en cambios de la función de la proteína.

Hacer las simulaciones de una estructura proteica tridimensional es factible puesto que se conocen las reglas básicas de interacciones entre los grupos funcionales de la proteínas, los cuales, como se recordará del curso de bioquímica, son las fuerzas determinantes de su arreglo o plegamiento tridimensional. En la práctica esto requiere de poderosos programas y equipos de computo capaces de hacer esta abrumadora cantidad de cálculos y darnos una simulación en tiempo real de cómo la proteína "pulsaría". Esta visión "en movimiento" de las estructuras tridimensionales de las proteínas complementa significativamente la información necesariamente estática de las estructuras deducidas por cristales analizados por refracción de rayos X.

Usando esta metodología, Shan y colaboradores simularon como el lapatinib y el gefitinib se unirían a las conformaciones activa e inactiva de la cinasa del EGFR. El lapatinib y el gefitinib son inhibidores de la cinasa usados en el tratamiento de ciertos tipos de cánceres pulmonares de células no pequeñas (NSCLC, non–small cell lung cancers). Estas simulaciones les permitieron descubrir una conformación que no había sido observada anteriormente en los estudios de cristalografía de rayos X y que sin embargo, parece ser el estado en que la cinasa existe predominantemente.

En esta nueva variante conformacional, que estructuralmente tiene características intermedias entre la conformación activa y la inactiva de la cinasa, una zona del lóbulo N se encuentra "desordenada". Esta zona es la que, cuando esta "ordenada", hace contacto con el lóbulo C de otra cinasa en un dímero activo. De ahí que este "desordenamiento" del lóbulo N disminuya significativamente la probabilidad de formación de dímeros, ocasiona que en esta conformación la cinasa sea inactiva (figura 2).

Sorprendentemente, cuando una mutante del EGFR presente en carcinomas humanos y que tiene cambiada la leucina de la posición 834 por una arginina fue sometida a los mismos estudios de dinámica molecular se hizo un descubrimiento muy importante: la conformación intermedia era menos frecuente y esto se debía a que la arginina mutante contrarrestaba el desarreglo de la región desordenada en el lóbulo N. Esto ocasionaba que en las simulaciones de dinámica molecular la cinasa mutante pasara más tiempo en la conformación activa. Esto llevo a los investigadores a una predicción inevitable: la mutante Leu834Arg debería ser mas propensa a la dimerización y por lo tanto debería poseer mayor actividad enzimática. La verificación experimental de que la mutación Leu834Arg de la cinasa tiene estos efectos explica satisfactoriamente el potencial oncogénico de esta forma mutante del EGFR.

El trabajo de Shan y colaboradores es sobresaliente por varias razones. Por un lado, usando técnicas de vanguardia, descubre una nueva variante conformacional ("desordenada") de la cinasa del EGFR, la cual es un intermediario normal en su paso de la forma inactiva a la activa. Por otro lado, explica como esta nueva conformación intermedia es afectada por el cambio del aminoácido Leu834Arg, no obstante que se encuentra distante de la región desordenada, lo que nos recuerda la importancia de los efectos alostéricos en la estructura y función de una proteína.

Este trabajo también explica de forma importante cómo a nivel molecular este cambio de aminoácido incrementa la actividad basal de la cinasa y con ello fomenta la proliferación de las células que poseen esta mutante del EGFR. Sin embargo, desde el punto de vista clínico, quizá lo mas sobresaliente sea lo que aún esta por venir, es decir, la aplicación de este conocimiento para diseñar inhibidores de la cinasa con un nuevo mecanismo de acción, que en vez de impedir la entrada del trifosfato de adenosina (ATP, adenosine triphosphate) al sitio catalítico de la enzima (como el lapatinib y el gefitinib), estabilicen la conformación intermedia inactiva. En principio este nuevo tipo de inhibidores impediría el transito hacia una conformación capaz de dimerizar y con ello activarse. Esto proporcionaría otro recurso terapéutico para complementar y sinergizar los que actualmente están en uso contra el cáncer pulmonar del tipo NSCLC.

 

BIBLIOGRAFÍA

1. Shan Y, Eastwood MP, Zhang X, et al. Oncogenic Mutations Counteract Intrinsic Disorder in the EGFR Kinase and Promote Receptor Dimerization. Cell. 2012;149:860–70.         [ Links ]

2. Weiss RA. Robert Koch: The Grandfather of Cloning? Cell. 2005;123:539–42.         [ Links ]