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Introducción
El mesotelioma pleural maligno (MPM) humano es un tumor invariablemente mortal debido a su heterogeneidad. Muchos factores se encuentran implicados en su formación, como la exposición a fibras de asbesto y el virus 40 del simio. La incidencia anual del MPM es relativamente baja, estimándose en un rango de 0.6 a 30/1’000,000, pero la ocurrencia global se espera aumente continuamente conforme vayan incrementando más décadas.1,2 El MPM es extremadamente heterogéneo en su morfología y fenotipos moleculares. El período de latencia para el desarrollo de MPM va 10 a 50 años después de la exposición al asbesto. El pronóstico de MPM es casi siempre pobre, con una media de supervivencia de 12 meses desde su diagnóstico.2,3
La heterogeneidad intratumoral se refiere a una mezcla de diferencias fenotípicas, funcionales y genéticas dentro de las células cancerígenas con varios estatus jerárquicos o de diferenciación dentro de un tumor. Esta heterogeneidad ha sido considerada como el mayor obstáculo en la efectividad de las terapias contra el cáncer, manifestándose en su sensibilidad a las diferentes terapias. Existe poca información acerca de las modificaciones epigenéticas que hablen de esta heterogeneidad.3,4
Las modificaciones epigenéticas son alteraciones heredables y estables de los genes que no cambian la secuencia del ADN; entre ellas tenemos metilación del ADN, modificación de las histonas y modificaciones e interferencia de ARN no codificante. Por un lado, la hipermetilación en el promotor de los genes relacionados con el cáncer inducen el silenciamiento o disminución de la regulación de genes supresores tumorales o genes reparadores. En cambio, la hipometilación del ADN conduce a la activación de oncogenes y la inestabilidad genómica. La aberración en la metilación del ADN juega un papel importante en la generación de la heterogeneidad de las células tumorales, lo cual abre la posibilidad de que el MPM manifieste estas aberraciones epigenéticas.4-6
Se desconoce con exactitud cuáles son los mecanismos por lo que las fibras de asbesto promueven el desarrollo de este tipo de cáncer; sin embargo, la teoría más aceptada es la inducción de inflamación y vías de señalización en la transformación de oxígeno reactivo generada por las fibras de asbesto. En este artículo se aborda un panorama del perfil epigenético del MPM y los mecanismos que propician estas modificaciones epigenéticas.6-8
Alteraciones moleculares inducidas por el asbesto
La carcinogénesis en el MPM está relacionada al asbesto, ocasionando una inflamación crónica que promueve la liberación de radicales libres de oxígeno que alteran los componentes intracelulares y así promover la mutación del ADN y la transformación de éste.9,10 Las fibras de asbesto también contienen iones de hierro y pueden inducir hemolisis al secuestrar hierro desde la hemoglobina; esto es particularmente importante, pues el hierro libre libera H2O2 de forma desproporcionada, y éste a su vez libera radicales hidroxilos (OH) que oxidan el ADN, liberándose ácidos nucleicos, proteínas y lípidos.10,11 El ADN dañado, si no es reparado de forma adecuada, es altamente mutagénico y puede provocar inestabilidad genómica y epigenética.11
Existen otros mecanismos involucrados de cómo las fibras de asbesto causan MPM (Figura 1). Hay cuatro modelos propuestos relacionados a las fibras de asbesto que inducen daños genéticos y celulares, son los siguientes:
1. Especies reactivas de oxígeno generadas por las fibras de amianto, que con su superficie expuesta conduce a daños en el ADN y rotura de la membrana de las células. Macrófagos que fagocitan las fibras de asbesto, pero no pueden digerirlas y producen abundantes especies reactivas de oxígeno.12
2. Las fibras amianto también son engullidas por las células mesoteliales, interfiriendo físicamente con el proceso mitótico de la célula, ciclo que es cortado por la interrupción de los husos mitóticos. Otro aspecto importante es el enredo de fibras de amianto con los cromosomas o los husos mitóticos, lo que puede dar lugar a cromosomas estructuralmente dañados y generar aneuploidías de las células mesoteliales normales.12,13
3. Las fibras de amianto pueden absorber una variedad de proteínas y productos químicos que pueden resultar en la acumulación de moléculas peligrosas incluyendo carcinógenos.
4. Las células mesoteliales y macrófagos expuestos al asbesto liberan una variedad de citocinas y factores de crecimiento que inducen inflamación y promoción de tumores.14 Los que incluyen factor de necrosis tumoral α, interleucina 1β, factor de crecimiento transformante β y factor de crecimiento derivado de plaquetas. Se ha demostrado que el factor de necrosis tumoral-α puede activar el factor nuclear-κB, que conduce a la supervivencia de las células mesoteliales e inhibe la citotoxicidad inducida por el asbesto.15 La proteína del grupo de alta movilidad box 1 (GAMB1) se libera de las células mesoteliales que están expuestas al asbesto y luego sufren muerte celular necrótica, promoviendo una respuesta inflamatoria.
Así, la señalización activada entre células mesoteliales, células inflamatorias, fibroblastos y otras células estromales crea un conjunto de células mesoteliales que albergan aneuploidía y daño en el ADN, desarrollando células cancerosas y culminar en un microambiente tumoral que las soporta y las nutre.16,17
La metilación del ADN
La desregulación epigenética permite cambios en la expresión de los genes, fenómenos que se han presentado en gran medida en el MPM. Alteraciones en la metilación del ADN juegan un papel importante en la adquisición del potencial maligno del MPM.18,19 Las islas CpG metiladas han mostrado afectar el proceso oncogénico en el MPM, incluyendo proliferación celular incontrolada, diferenciación, alteración en la apoptosis y su alta capacidad de invasión. Por ejemplo, las fibras de asbesto aumentan la prevalencia de metilación de promotores aberrantes en el ciclo celular controlando los genes APC y RASSF1. La supervivencia en MPM ha sido atribuida a la metilación del promotor y el silenciamiento de genes como SFRP4, SFRP5, FHIT y SLCA20.20-22
En un estudio se encontraron 122 genes diferentemente regulados; de éstos, 118 estaban subregulados y cuatro suprarregulados con hipometilación, indicando con ello que poblaciones celulares en MPM pueden estar reguladas epigenéticamente y le confiere heterogeneidad intratumoral, propiciando propiedades más agresivas al mesotelioma.23
Múltiples ADN metiltransferasas e histona deacetilasas (HDACs) controlan genes supresores tumorales a través de la compactación de la cromatina y silenciamiento genético. Por ello, la inhibición de estas moléculas puede permitir la alteración de la expresión genética y provocar cambios en la proliferación celular, diferenciación y apoptosis. La inhibición HDACs conduce a la muerte celular por medio de la activación de la caspasa y la producción de radicales superóxido; además, produce hiperacetilación de proteínas no histónicas inhibiendo la angiogénesis, invasión y motilidad de las células tumorales.24-26
En el MPM sus células expresan altos niveles del factor del receptor de crecimiento epidérmico (EGFR, por sus siglas en inglés), y factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF, por sus siglas en inglés). Otras moléculas implicadas en el MPM son el factor del receptor de crecimiento de fibroblastos (FGFR-1y3), factor de crecimiento transformante beta (TGF-β), factor de crecimiento parecido a la insulina (IGF-1R, por sus siglas en inglés) y factor de necrosis tumoral alfa de fusión a proteínas (NGR-hTNF-α, por sus siglas en inglés), todos ellos implicados en la invasión y angiogénesis tumoral y en quienes se han expresado alteraciones epigenéticas.27-29
Factores asociados a metilación
La metilación del ADN de los loci génicos en MPM se ha relacionado con la edad, origen étnico, subtipo histológico y exposición al asbesto, lo que podría explicar las discrepancias entre las frecuencias de la metilación del ADN. El estado de metilación del locus IGFBP2 (proteína de unión al factor de crecimiento de la insulina) y locus GDF10 (proteína morfogenética ósea) es bastante mayor en MPM para pacientes japoneses que pacientes estadounidenses.30,31 El gen supresor RASSF1 es mayor de forma significativa en MPM epitelioide que en sarcomatoide.32,33 Los mesoteliomas epitelioides y sarcomatoides presentan metilación diferencial en 87 islas CpG. Una asociación significativa entre la exposición al asbesto y metilación del ADN en los loci de los genes MT1A y MT2A, también se ha descrito en MPM. La metilación de islas CpG en los genes CCND2, CDKN2A, CDKN2B, HPPBP1 y RASSF1 ha demostrado que la metilación del ADN en el locus RASSF1 se correlaciona con un mayor número de cuerpos de asbesto en el pulmón.34-36
Metilación y diagnóstico a través de ADN
La metilación del ADN podría ser útil para el diagnóstico de MPM. Recién se sugirió que la metilación del ADN en tres loci específicos, TMEM30B, KAZALD1 y MAPK13, podrían ser útiles en el diagnóstico diferencial de MPM. Otros estudios han mostrado alteraciones de metilación en genes individuales, tales como aquellos que codifican un represor transcripcional (HIC1), un proapoptótico proteína (PYCARD), un supresor de tumores (LZTS1) y un transportador (SLC6A20), y se han asociado con un buen o mal pronóstico.37,38
Regulación epigenética en la expresión génica del mesotelioma
La metilación del ADN es el principal mecanismo epigenético que media los cambios dinámicos en la expresión génica durante la homeostasis celular normal y la diferenciación tisular, así como genes restringidos de células germinales, ADN repetitivo.39,40 Se han identificado tres metiltransferasas de ADN principales (DNMT1, 3A y 3B) en células somáticas normales, todas median la transferencia de un grupo metilo de S-adenosil-metionina a la posición 5 de la citosina en el contexto de CpG.40,41 Los grupos de dinucleótidos CpG están localizados en promotores de aproximadamente el 60% de los genes; la mayoría de estas islas no están metiladas, lo que permite una estructura relajada y transcripcional activa (eucromatina).42-45
Durante la transformación maligna, la sobreexpresión o la orientación aberrante de los componentes de la maquinaria de metilación del ADN produce un silenciamiento epigenético de los genes relacionados con la diferenciación, muchos son supresores de tumores.46,47
La desmetilación del ADN es pasiva durante la replicación del ADN. Durante la transformación maligna, la cantidad total de CpG metiladas se reduce notablemente (hasta un 50%). Mientras que la desmetilación del ADN en todo el genoma puede atribuirse a una reparación deficiente del ADN.47-49
La acetilación, desacetilación, metilación y desmetilación han sido las modificaciones de histonas más ampliamente caracterizadas en células normales y células malignas. La acetilación de histonas está mediada por una variedad de histonas acetiltransferasas (HAT), mientras que la desacetilación de histonas está mediada por HDAC.50,51 La acetilación de histonas aumenta la carga negativa neta que conduce a la repulsión del ADN, la relajación de la cromatina y la activación de la expresión génica.52,53
Silenciamiento de genes supresores mediado por metilación
En un estudio se asoció la extensión de la metilación de algunos genes con la carga de asbesto pulmonar y la supervivencia general. Otro estudio demostró que 387 genes (6.3%) que estaban hipermetilados en mesoteliomas en comparación con 544 genes (8.8%) en adenocarcinomas de pulmón. Los niveles más altos de metilación del ADN se correlacionaron con una disminución de la supervivencia del paciente. Tres genes (TMEM30B, KAZALD1 y MAPK13) fueron específicamente hipermetilados en MPM.54-57 Otros genes con alteraciones en la metilación se muestran en la Tabla 1. Además, se ha demostrado que los genes DNMT1, DNMT3A y DNMT3B se encuentran sobreexpresados en la mayoría de las líneas de MPM y se correlacionan con una supervivencia más corta.58-60
Pérdida de impronta (PI) y desrepresión de genes CG
La hipometilación del ADN se ha implicado con la pérdida de impronta (PI), la represión de secuencias retrovirales endógenas y la activación de genes CG que pueden aumentar la proliferación, la inestabilidad genómica y la resistencia a la apoptosis durante la transformación maligna.61-63 A la fecha se han registrado más de 270 genes GC, el 75% de ellos se expresan sólo en los testículos normales y en las neoplasias malignas.63,64
En general, la magnitud de la represión del gen CG en el cáncer coincide con la etapa avanzada de la enfermedad y la activación de estos genes mejora el fenotipo maligno de las células cancerosas.65,66 Por ejemplo, BORIS/CTCFL regula al alza h-TERT e inhibe la apoptosis en células cancerosas. MAGE-A11 inhibe la función del supresor de tumores RBL1/p107 y MAGE-B2 aumenta la actividad E2F para promover la progresión del ciclo celular. MAGE-A2 y MAGE-C2 alteran la función de p53 al inhibir directamente la unión de p53 a los promotores diana, promoviendo la desacetilación (inactivación) de p53.67-69
Silenciamiento epigenético mediado por complejo Polycom
Las proteínas del grupo Polycomb (PcG) son determinantes críticos de la pluripotencia y diferenciación de las células madre, así como la expresión de genes aberrantes durante la transformación maligna.69,70 Se han identificado dos complejos principales de represores Polycomb (PRC) en mamíferos.70-72 El complejo de iniciación, PRC-2, contiene subunidades EZH1/EZH2, SUZ12, EED y RBAP46/48, y media la trimetilación de la histona 3 lisina (H3K27Me3). El complejo de mantenimiento, PRC-1, que contiene subunidades PCAF, PHC, RING1, CBX y BMI1, media la ubiquitinación de H2AK119 (H2AK119Ub).73-75 Se ha demostrado la sobreexpresión de EZH2 en alrededor del 80% de los MPM primarios (la mayoría de los cuales eran epitelioides).75,76 En conjunto, estos experimentos fueron la primera demostración de que EZH2 se sobreexpresa en MPM y que el PRC-2 es un objetivo terapéutico potencial en estas neoplasias.77,78 El análisis posterior de TCGA ha confirmado la regulación positiva de EZH2 en MPM, así como la asociación significativa entre la sobreexpresión de EZH2 y la supervivencia reducida de pacientes con MPM (Figura 2A). Un análisis adicional demuestra que la sobreexpresión de SUZ12 también augura una supervivencia pobre en pacientes con MPM (Figura 2B). En contraste, no parece haber ninguna asociación entre la expresión de EED y la supervivencia de los pacientes con MPM (Figura 2C).
Figura 2: Asociación de los niveles de expresión DNMT intratumoral con la supervivencia de pacientes con MPM. Las curvas de Kaplan Meier demuestran que la magnitud de la expresión de DNMT1, DNMT3A y DNMT3B detectada por las técnicas de RNA-seq (A, B, y C, respectivamente) tienen un impacto adverso en la supervivencia del paciente.
SWI/SNF
SWI/SNF son complejos-homólogos de mamíferos de la levadura trithorax, funcionan para antagonizar las actividades represivas de PRC-2 en parte, al interrumpir los contactos ADN-nucleosoma y facilitar el movimiento, expulsión o sustitución de los nucleosomas para mejorar la accesibilidad del factor de transcripción al ADN.79-81 Los genes que codifican complejos SWI/SNF se encuentran entre los genes mutados con más frecuencia en los cánceres humanos.82,83 Se ha descrito un enriquecimiento significativo para las mutaciones en los genes involucrados en las vías SWI/SNF, incluidas las mutaciones homocigotas de SMARCA4, ARID2 y PBRM1. En un estudio se analizaron las mutaciones que involucraron genes que codifican componentes SWI/SNF, pero sólo observaron mutaciones SETD2 en el 8% de las muestras, así como mutaciones que involucran dos metiltransferasas de histonas adicionales (SETDB1 y SETD5) en aproximadamente el 3% de las muestras.84-86
La epigenética en el tratamiento del mesotelioma
El MPM exhibe el silenciamiento de los genes supresores de tumores a través de la hipermetilación de ADN específica del sitio y/o de los complejos represores de Polycomb en el contexto de la hipometilación del genoma que facilita la represión de los genes CG.87-89 Esta «paradoja de la metilación del ADN», recapitula los estados epigenómicos en las células germinales normales y proporciona el fundamento para el desarrollo de regímenes epigenéticos que inducen la detención del crecimiento/ apoptosis a través de la restauración de la expresión del gen supresor de tumores, al mismo tiempo que aumenta la inmunidad antitumoral mediante la modulación del microentorno tumoral. 90-92
Dados sus roles directos en el silenciamiento de los genes supresores de tumores y el mantenimiento de la pluripotencia, los DNMT son objetivos atractivos para la terapia de MPM.93,94 La falta de eficacia de los agentes de hipometilación de ADN en tumores sólidos, hasta la fecha puede estar relacionada con el hecho de que estos agentes se han administrado a niveles máximos que resultan en mielosupresión en lugar de administrarse crónicamente a dosis más bajas para lograr efectos farmacodinámicos sin toxicidad sistémica.95-97 Estos compuestos se inactivan rápido por la citidina desaminasa (CDA), que se encuentra presente en casi todos los órganos, en especial en el tracto gastrointestinal.98,99 La hipometilación del ADN sistémico mediada por DAC-THU da lugar a aumentos significativos en la hemoglobina fetal sin neutropenia, trombocitopenia o linfopenia.100,101 Las estrategias de combinación como el uso de inhibidores de HDAC para sensibilizar las células a la apoptosis mediada por TRAIL, o el uso de flavopiridol para mejorar la detención del crecimiento mediada por romidepsina y la apoptosis pueden ser apropiadas para evaluar en futuros ensayos clínicos.101-103 Puede ser posible explotar, aún más, las mutaciones BAP1 para la terapia MPM. BAP1 funciona para estabilizar el BRCA-1 y promover el reclutamiento dependiente de poli (ADP-Ribosa) del complejo de poliquial deubiquitinasa PR-DUB a los sitios de daño del ADN.104-106 Esta actividad depende de la actividad de la deubiquitinasa y de la fosforilación de BAP1.107 Las mutaciones BAP1, que siempre parecen manifestarse como pérdida de función, disminuyen los niveles de BRCA-1 e inhiben la reparación del ADN de doble cadena. En un ensayo se observó que una isoforma BAP1 que contiene parte del dominio catalítico sensibilizó células MPM al inhibidor de PARP1, olaparib. Esta sensibilidad puede aumentarse mediante un tratamiento concomitante con el inhibidor dual de PI3K-mTOR, GDC0980, que se regula a la baja el BRCA-1. Estas estrategias podrían mejorar las respuestas a cisplatino/pemetrexed en pacientes con MPM.106
Estos hallazgos, junto con las observaciones recientes del microambiente, tienen un impacto en el resultado de los pacientes con MPM para una combinación convincente de inmunoterapias epigenéticas para estas neoplasias.106-107
Conclusiones
El MPM es una enfermedad con incidencia baja, pero con un comportamiento agresivo, cuya supervivencia no va más allá de 12 meses una vez hecho el diagnóstico. Su origen se ha relacionado a la exposición crónica del asbesto como factor principal, siendo este componente esencial en los cambios estructurales a nivel molecular; y de cuyos estudios hay mucha evidencia acerca de su comportamiento genético y en menor medida epigenético, lo que le confiere un comportamiento bastante heterogéneo. Las modificaciones epigenéticas en el MPM permiten un conocimiento más amplio sobre la carcinogénesis de este tumor y un acercamiento a nuevas herramientas diagnósticas. Las desregulaciones epigenéticas requieren un mantenimiento activo y son potencialmente reversibles, por lo que las hace un blanco terapéutico.
El estudio del metiloma ha permitido realizar diagnósticos diferenciales gracias a la metilación de algunos loci en específicos, como TMEM30B, KAZAZD1, MAPK13 y demostrar mayores supervivencias a pacientes que presenten baja frecuencias de metilaciones.
Es importante mencionar la exposición a las fibras de asbesto como principal factor de riesgo asociado a la metilación de los genes supresores de tumor vistos en las células mesoteliales pleurales tales como APC y RASSF1, además de sus efectos directos celulares como inflamación crónica mediada por radicales libres, oxidación del ADN y hemólisis con liberación de iones hidroxilo, ruptura intracatenaria más fragmentación cromosómica subsecuente y liberación de citocinas proinflamatorias con mayor expresión de factores de crecimiento angiogénico o de invasión tumoral. Otro aspecto que sirve como objetivo terapéutico.
Las respuestas genómicas relacionadas a la metilación concluyen en un silenciamiento génico, siendo comprobado en genes supresores de tumor como SFRP4, FHIT, SLCA20. Otro aproximamiento diagnóstico que se puede observar por la metilación es la sobreexpresión de DNMT en pacientes con MPM y, consecuente a esto, ser un objetivo terapéutico atractivo; sin embargo, los esfuerzos clínicos por su inhibición han sido decepcionantes. Estudios futuros deberían enfocarse en la búsqueda de la aproximación terapéutica a la inhibición de las DNMT, dado que ya se ha comprobado una mejoría en la supervivencia.
Se ha visto una mayor asociación de metilación en edades avanzadas y etnias como los japoneses. No obstante, la mayor asociación a cambios histológicos en proliferación, diferenciación, invasión y reducción de apoptosis se ha visto con la mayor metilación de las islas CpG en genes como CCND2, CDKN2A y asociado a cuerpos de asbesto con RASSF1.
A pesar de que la metilación es el mecanismo epigenético más estudiado, existen otras modificaciones que conducen al silenciamiento de los genes supresores de tumores, como la activación del complejo Polycomb y la mutación de la vía SWI/SNF. La desacetilación mediada por HDAC se ha visto en el gen p53 y otros aspectos como la acetilación mediada por HAT o desmetilación por KDMs.
Las modificaciones en las histonas hablan de una estabilidad en la cromatina y tienen una gran relación con las HDCA, por lo que las hacen potencialmente un blanco terapéutico. Al presente, existen estudios con inhibidores como vorinostat, empero, no hay grandes resultados debido a la poca expresión en el MPM.
Es claro que falta mucho por saber en cuanto a las modificaciones y/o cambios epigenéticos en el MPM. La infinidad de información que se tiene nos abre otro panorama para ajustar estrategias terapéuticas personalizadas encaminadas a revertir dichas alteraciones y, con ello, poder identificar de manera temprana y oportuna a aquellos pacientes que sean susceptibles a dichos tratamientos si se hace una búsqueda de marcadores epigenéticos que en algún momento de su enfermedad se encuentren sobreexpresados o silenciados.
