INTRODUCCIÓN

Los interferones (IFN) son citocinas que inicialmente fueron descritas como agentes secretados por las células infectadas por un virus inactivo y que interfieren con la amplificación de un nuevo virus activo (^{Isaacs & Lindenmann, 1957}). Los IFN conforman tres grupos que se encuentran relacionados por sus secuencias, estructuras y función (Figura 1).

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Figura 1 Los interferones son citocinas que conforman tres grupos que se encuentran relacionados entre sí por su estructura y función. Existen al menos 17 subtipos de interferones tipo I, un solo interferón de tipo II y 4 subtipos de interferón tipo III. Las tres familias de interferones comparten elementos como las cinasas JAK y factores de transcripción como STAT1 e IRF1. Aunque algunos genes son modulados en común por los interferones, existen genes blanco específicos para cada tipo de interferón.  

Los IFN de tipo I son un gran grupo de citocinas relacionadas estructural y genéticamente reconocidas por modular la respuesta inmune innata ante infecciones principalmente virales y por tener actividades antiproliferativas, entre otras. Al grupo lo constituyen: 13 subtipos de IFN-α, el IFN-β, IFN-ε, IFN-κ e IFN-ω. Este tipo de IFN cuenta con receptores expresados en la mayoría de los tipos celulares del organismo y formados por las subunidades IFNAR1 (del inglés, Interferon Alpha Receptor 1) e IFNAR2 (del inglés, Interferon Alfa Receptor 2). En esta vía de señalización, participan las cinasas TYK2 (del inglés, Tyrosine-Kinase 2) y JAK1 (del inglés, Janus-Activated Kinases 1), que activan al complejo proteico ISGF3 (del inglés, Interferon Stimulated Gene Factor 3) integrado por STAT1 (del inglés, Signal Transducer and Activator of Transcription 1), STAT2 (del inglés, Signal Transducer and Activator of Transcription 2) e IRF9 (del inglés, Interferon Regulatory Factor 9) que al translocarse al núcleo, funciona como un factor de transcripción e induce a un gran número de ISGs (del inglés, Interferon Stimulated Genes) (Tabla I) (^{Cho & Kelsall, 2014}; ^{Kim & Shin, 2021}).

El grupo del IFN tipo II cuenta con sólo un miembro, el IFN-gamma (IFN-γ), reconocido por su actividad en la inmunidad innata y adaptativa. Es secretado principalmente por las células NK (del inglés, Natural Killer), las células T CD4+ y CD8+. El IFN-γ señaliza a través de un receptor heterotetramérico que tiene dos receptores IFNGR1 (del inglés, Interferon Gamma Receptor 1) y dos receptores, más, IFNGR2 (del inglés, Interferon Gamma Receptor 2). Con la unión del IFN-γ a su receptor, se activa la cascada de señalización en las que se incluye a las cinasas JAK1 y JAK2 con la subsecuente activación del complejo GAF (del inglés, Gamma-Interferon Activated Factor) formado por el dímero del factor transcripcional STAT1:STAT1 (Tabla I) (^{Jorgovanovic, Song, Wang & Zhang, 2020}).

Finalmente, el grupo del IFN tipo III que está estructuralmente relacionado con IL-10 (del inglés, Interleukin-10) lo integran el IFN-λ1 (IL-29), el IFN-λ2 (IL-28A), el IFN-λ3 (IL-28B) y el IFN-λ4. Estos IFN son secretados por cualquier tipo celular, principalmente ante una infección viral y su vía de señalización inicia con la participación de un receptor heterodimérico (IFNLR) en el que está el IFNLR1 (del inglés, Interferon Lambda Receptor 1), también conocido como IL28Rα, así como el IL10Rβ (del inglés, Interleukin 10 Receptor beta). De la misma forma que sucede con los IFN I, posterior a la unión de los IFN III a su receptor se activan las cinasas TYK2 y JAK, para conducir a la formación del complejo transcripcional ISGF3 (Tabla I) (^{Kim & Shin, 2021}; ^{Lazear, Schoggins & Diamond, 2019}).

Por lo tanto, los interferones son citocinas poderosas en la inducción de las respuestas inmunes y ampliamente investigados por su actividad antiviral; sin embargo, recientemente se ha observado que tienen un efecto inmunomodulador en condiciones patológicas como en el cáncer. En este trabajo nos centramos en describir las acciones del IFN-γ y sus implicaciones en esta enfermedad.

Vía de señalización del IFN-γ

El IFN-γ es producido principalmente por las células NK, los linfocitos T γδ, los linfocitos T CD4+ y los CD8+, además de fuentes adicionales como los linfocitos B y las células presentadoras de antígenos como lo son: los macrófagos, los monocitos y las células dendríticas (^{Burke & Young, 2019}). Esta citocina da lugar a una serie de respuestas en las células macrófagos, las células T CD4+ y en las células cancerosas, que son inducidas por la cascada de señalizaciones activadas por el IFN-γ (Figura 2).

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Figura 2 La vía de señalización canónica del IFN-γ comienza con su complejo receptor formado por IFNGR1 e IFNGR2 que en sus dominios intracelulares se encuentran asociados con JAK1 y JAK2, respectivamente. La unión del IFN-γ con su receptor, permite la activación por transfosforilación de JAK1/2, la fosforilación de los dominios internos del receptor por las proteínas JAK, y el reclutamiento de STAT1 para, a su vez, ser fosforilado y activado. STAT1 fosforilado se homodimeriza y se transloca al núcleo para iniciar la transcripción de los genes con secuencias GAS en sus regiones promotoras.  

La vía de señalización, como se menciona en líneas anteriores, es activada por el IFN-γ, descrita inicialmente por ^{Darnell y colaboradores en 1994}, y también conocida como vía JAK-STAT, ya que las proteínas efectoras protagonistas son las cinasas JAK1/2 y el factor de transcripción STAT1 (Darnell, Kerr & Stark, 1994). Esta vía inicia con la unión del IFN-γ a su receptor transmembranal, formado por dos subunidades IFNGR1 y dos subunidades, más, IFNGR2 y es a través de sus dominios intracelulares que se encuentran asociados con las cinasas JAK1 y JAK2, respectivamente (^{Marsters, Pennica, Bach, Scheiber & Ashkenazi, 1995}). Con este evento, JAK1/2 son activadas por la transfosforilación y a su vez fosforilan a las subunidades del receptor, lo que genera en él un par de sitios de acoplamiento para STAT1; subsecuentemente, STAT1 es activado mediante la fosforilación por las enzimas JAK1/2, lo que permite su homodimerización y su consecuente translocación al núcleo para unirse a los promotores de genes específicos, que en conjunto son clasificados como ISGs (Tabla II) (^{Bach, Aguet & Schreiber, 1997}). Una vez finalizada la cascada de señalización, la subunidad IFNGR1 en complejo con el IFN-γ se internaliza, pero solo el IFN-γ es degradado, ya que la subunidad IFNGR1 se almacena hasta su posterior reciclaje hacia la membrana celular (^{van de Vosse & van Dissel, 2017}).

La estimulación por el IFN-γ cobra especial relevancia al conducir a la activación de los ISGs que modulan diferentes respuestas celulares, como la proliferación celular, la apoptosis, la respuesta inmune y la migración, entre otros, también posibilita estimular a las firmas de ISGs específicas del tipo celular y/o estado patológico (p. ej. cáncer) (^{Alspach, Lussier & Schreiber, 2019}; ^{Schroder, Hertzog, Ravasi & Hume, 2004}).

Receptores para el IFN-γ

El complejo receptor para el IFN-γ es un miembro del grupo de receptores para las citocinas tipo II que se expresa en todas las células, con la excepción de los eritrocitos maduros. Este receptor está compuesto por dos subunidades IFNGR1 o cadenas α que se manifiestan estables en los tipos celulares mencionados, y por dos subunidades IFNGR2 o cadenas β que se expresan de forma controlada y son determinantes para la señalización del IFN-γ (Figura 3A) (^{Alspach et al., 2019}; ^{Burke & Young, 2019}).

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Figura 3 Esquematización de los participantes de la vía del IFN-γ. A) Activación del complejo receptor del IFN-γ. Izquierda: complejo receptor de IFN-γ en su estado inactivo. Derecha: JAK1/2 generan un sitio de acoplamiento específico para las proteínas STAT1. B) Activación y función de las cinasas JAK1 y JAK2. JAK1/2 se encuentran constitutivamente unidas a IFNGR1/2, ante la unión con el IFN-γ, JAK1/2 se activan por transfosforilación y a su vez fosforilan a IFNGR1, creando un sitio de unión específico para STAT1 que, al unirse, también es fosforilado y activado por JAK1/2. C) Activación y función de STAT1. 1: STAT1 en su estado inactivo en el citoplasma. 2: STAT1 en proceso de activación por acción de JAK1/2. 3: STAT1 se transloca al núcleo y se une a secuencias GAS.  

Contrario al modelo descrito por ^{Bach y colaboradores en el año 1996}, en el que las subunidades del receptor para el IFN-γ se asocian sólo ante la presencia y unión con el IFN-γ; en el año 2002, la aplicación de la microscopía confocal acoplada a la técnica de FRET (del inglés, Fluorescence Resonance Energy Transfer) permitió demostrar que el complejo receptor IFNGR se encuentra ya ensamblado, previo a la estimulación con el IFN-γ, y de él depende el correcto acoplamiento de JAK1 al IFNGR1 (^{Bach et al., 1996}; ^{Krause et al., 2002}, ²⁰⁰⁶).

La proteína IFNGR1 se encarga de fortalecer la afinidad con las subunidades IFNGR2 y con el ligando durante la unión (^{Bach et al., 1997}). En lo que la IFNGR2 se ocupa de incrementar la afinidad del receptor por el ligando y de transducir la señal a los dominios intracelulares dentro del complejo receptor para activar a las JAKs (^{Marsters et al., 1995}).

Posterior a la unión del IFN-γ, las subunidades del receptor se reorientan para asociarse fuertemente y acercar a las cinasas JAK1/2, con las que se encuentran unidas en sus dominios intracelulares, con el fin de activarse mutuamente mediante la transfosforilación (Tabla II) (^{Bach et al., 1997}). El desarrollo adecuado de este evento molecular determina la exitosa inducción de ISGs a través de la vía de una señalización canónica del IFN-γ. Se ha demostrado que el silenciamiento de la expresión de las subunidades receptoras IFNGR2 permite la unión del IFN-γ a las subunidades de la IFNGR1, pero impide la activación de la vía de señalización (^{Christie et al., 2020}). Por otro lado, la deficiencia de la IFNGR1 evita la unión del IFN-γ a su complejo receptor y en consecuencia, reduce la respuesta celular provocada por el IFN-γ (^{Okada et al., 2007}).

JAK1/2

Las cinasas JAK1 y JAK2 son enzimas que forman un centro de regulación a nivel citoplasmático que es clave en la respuesta celular impulsada por el IFN-γ (Figura 3B). Estas enzimas forman parte de la familia de las cinasas de tirosina JAKs en la que están JAK1, JAK2, JAK3 y TYK2, además todos sus miembros presentan amplios patrones de expresión celular, a excepción de JAK3 que está restringida en los leucocitos. Las cinasas JAK se vinculan con los dominios ricos en prolina box1/box2 de los receptores de las citocinas a través de sus dominios FERM (por el inglés, Four point one, Ezrin, Radixin, Moesin) que median esta interacción, por lo que son de gran importancia en la respuesta celular estimulada por las citocinas de tipo II (^{Schindler, Levy & Decker, 2007}; ^{Schroder et al., 2004}).

JAK1 y JAK2 se encuentran asociadas en su forma inactiva a los dominios intracelulares del IFNGR1 e IFNGR2, respectivamente. Además, en el complejo receptor del IFN-γ estas cinasas son esenciales, específicamente, en el acoplamiento de JAK1 a través de su dominio FERM con los dominios ricos en prolina de la IFNGR1. Este acoplamiento es requerido para la asociación de la IFNGR1 con la IFNGR2 en un estado previo a la estimulación con el IFN-γ. Una vez que en la célula el IFN-γ se une a su receptor, IFNGR1 e IFNGR2 se reorientan y favorecen el acercamiento de JAK1 y JAK2, lo que las habilita para activarse una a la otra por transfosforilación. Una vez activas, JAK1 y JAK2 fosforilan al IFNGR1 en su residuo Y440, generando sitios de acoplamiento específicos para STAT1 (Tabla II) (^{Bach et al., 1997}; ^{Krause et al., 2006}).

STAT1

STAT1 es una proteína clave en la cascada de señalización del IFN-γ, ya que, en su forma activa, es un factor de transcripción que lleva a la expresión de una firma de genes dependientes de la estimulación por el IFN-γ (Figura 3C). STAT1 forma parte de una gran familia de factores de transcripción junto con STAT2, STAT3, STAT4, STAT5 y STAT6, que contienen entre 750 a 900 aminoácidos y en su estructura poseen dominios funcionales bien conservados, a excepción del dominio TAD (del inglés, Transcriptional Activation Domain) que varía en gran medida entre los miembros de esta familia, siendo el dominio que les permite asociarse diferencialmente con proteínas reguladoras transcripcionales (^{Schindler et al., 2007}; ^{Schroder et al., 2004}).

En su estado inactivo, la STAT1 forma un complejo homodimérico con orientación paralela en el citoplasma; sin embargo, ante la fosforilación del residuo Y440 del receptor de la IFNGR1 por acción de JAK1/2, se generan sitios de acoplamiento específicos a los que se recluta el complejo inactivo del dímero STAT1:STAT1 a través de su dominio SH2 (del inglés, Src Homology 2). Con su asociación a la IFNGR1, el dímero STAT1:STAT1 es activado, a través de cuatro pasos: en el primero la STAT1 es fosforilada por JAK1/2 en su residuo Y701, cuya modificación conduce al segundo paso que implica: su reorientación en forma antiparalela, en la que el dominio SH2 de cada proteína STAT1 se une al residuo pY701 de la otra proteína. En el tercer paso, el complejo pSTAT1:pSTAT1 se desacopla del receptor de la IFNGR1, para una última fosforilación en su residuo S727, con la que se completa el proceso de activación (^{Wen, Zhong & Darnell, 1995}). El complejo pSTAT1:pSTAT1 se transloca al núcleo en donde a través de su dominio DBD (del inglés, DNA Binding Domain) se une a secuencias consenso en el DNA llamadas GAS (del inglés, Gama Activated Sequences), localizadas en las regiones promotoras de un gran número de genes denominados ISGs (Tabla II). (^{Jorgovanovic et al., 2020}; ^{Schindler et al., 2007}).

El dominio TAD es un participante de gran relevancia en los procesos funcionales de la STAT1. Este es el dominio clave para su asociación con proteínas coactivadoras, con función de acetil transferasas de histonas, que favorecen la actividad transcripcional, como p300, CBP (del inglés, cAMP-responsive-element-binding protein) y MCM5 (del inglés, Minichromosomal Maintenance deficient 5). Además, TAD se encuentra implicado en otros eventos como la translocación citoplasma - núcleo de STAT1, así como un factor transcripcional, donde coopera con el dominio DBD ante la presencia de secuencias GAS repetidas en tándem (^{Jorgovanovic et al., 2020}; ^{Schindler et al., 2007}).

Genes estimulados por el IFN-γ ( ISG)

Como resultado de la cascada de señalización originada por el IFN-γ, el factor de transcripción STAT1 es translocado al núcleo en donde se une a las secuencias GAS en las regiones promotoras de genes específicos llamados ISGs, mediante las secuencias consenso TTTCCNGGAAA (Tabla II). La firma de genes ocasionada por la estimulación con el IFN-γ es característica de cada tipo celular y del estado patológico o inflamatorio que presente y se activa en un periodo de 15 a 30 min una vez recibido el estímulo. Como ejemplo de los genes blanco de STAT1 se encuentran TNF (del inglés, Tumor Necrosis Factor), CXCL11 (del inglés, C-X-C Motif Chemokine Ligand 11), FCGR1A (del inglés, Fc Gamma Receptor 1A) e IRF1 (del inglés, Interferon Regulatory Factor 1) (^{Bach et al., 1997}; ^{van de Vosse & van Dissel, 2017}).

IRF1 es un factor de transcripción con una función antitumoral, por ser proapoptótico en algunos tipos de células; sin embargo, también se muestra protumoral en algunos contextos celulares (^{Alsamman & El-Masry, 2018}; ^{Jung et al., 2022}). Se encarga de favorecer la transcripción de otro grupo de genes caracterizados por presentar la secuencia consenso ISRE (del inglés, interferon stimulated response elements): AGTTTCNNTTTCNC/T. IRF1 cuenta con un amplio rango de acción, facilita el reclutamiento de la RNA polimerasa II hacia los promotores de los ISGs y la unión a regiones potenciadoras o enhancers para impulsar la formación tridimensional de asas en el DNA que facilitan el acceso de las enzimas hacia las regiones promotoras de los ISGs; además existe una cooperatividad entre STAT1 e IRF1 en la transcripción de ISGs inducidos por el IFN-γ (^{Abou El Hassan et al., 2017}).

Dentro de los genes que son estimulados por el IRF1, se encuentra CD274, un gen de gran importancia en la respuesta inmune que codifica para la proteína transmembranal PD-L1 (del inglés, Programed Death Ligand 1) (^{Shao et al., 2019}). Esta proteína es expresada por las células presentadoras de antígenos, los linfocitos B, las células parenquimatosas y las células neoplásicas. Su actividad depende de PD-1 (del inglés, Programmed Cell Death Protein 1), un receptor presente en las células T. El reconocimiento de PD-L1 por PD-1 inhibe la actividad citotóxica de los linfocitos, lo que le confiere a esta proteína un gran peso como factor inmunomodulador debido a la intervención del IFN-γ (^{Litak, Mazurek, Grochowski, Kamieniak & Rolinski, 2019}).

Existe un gran número de genes que son impulsados por el IFN-γ, tanto de manera dependiente de la STAT1 como dependiente del IRF1 o coregulados por ambos factores de transcripción. El repertorio de genes ha sido tan amplio que ha permitido su uso como posibles biomarcadores para el diagnóstico y el pronóstico de diferentes estados patológicos; como ejemplo de ello se encuentran diferentes tipos de cáncer, como el melanoma, en el que fue identificada una firma de 9 genes coexpresados de manera dependiente del IFN-γ que directamente está relacionada con la infiltración de células T CD8+ e inversamente con un buen pronóstico ante la inmunoterapia (^{Yan, Lu, Yan & Wang, 2021}).

Regulación de la vía canónica del IFN-γ

La vía de señalización del IFN-γ es de gran importancia en la modulación de las respuestas celulares vitales por la acción de sus factores de transcripción como la STAT1, que ante la estimulación por el IFN-γ se acumula en el núcleo, por lo que es relevante mantener un estricto control sobre esta vía de señalización, para que posterior a la activación transcripcional, se alcance un estado homeostático de reposo, translocando de vuelta a la STAT1 al citoplasma (Figura 4) (^{Schindler et al., 2007}).

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Figura 4 Elementos reguladores de la vía de señalización canónica del IFN-γ. A) Regulación por la fosfatasa SHP2 que desfosforila las tirosinas Y440 de las subunidades del complejo receptor IFNGR y evita su interacción con STAT1. B) PIAS1 regula negativamente a pSTAT1 a nivel nuclear, bloqueando su unión al DNA y suprimiendo su función transcripcional sobre genes inducidos por el IFN-γ. C) SOCS-1 se asocia con JAK1/2 interfiriendo con su actividad cinasa de tirosina e irrumpiendo en los eventos de señalización río abajo inducidos por el IFN-γ. SOCS-1 está sujeta a un asa de regulación negativa inducida por el IFN-γ. 

La vía de señalización cuenta con tres principales mecanismos de regulación negativa: la desfosforilación de sus componentes por acción de la fosfatasa SHP2 (del inglés, Src homology 2 domain-containing phosphatase 2), la supresión del señalamiento de las citocinas por SOCS1 (del inglés, Suppressor of Cytokine Signaling-1) y la inhibición de las proteínas activadas STAT por PIAS1 (del inglés, Protein Inhibitors of Activated STAT) (^{Alspach et al., 2019}).

La SHP2 es una PTP (del inglés, protein tyrosine-phosphatase) que se expresa ubicuamente, porta dos dominios SH2 repetidos en tándem que reconocen a los residuos de la tirosina fosforilados en otras proteínas, como las subunidades del complejo receptor IFNGR y median la interacción entre la SHP2 y el receptor. Esta interacción da paso a la desfosforilación de las tirosinas Y440 de las subunidades del receptor a través del dominio de la fosfatasa C-terminal, lo que regula negativamente a la vía de señalización por intervención del IFN-γ en su nivel inicial (Figura 4A) (^{Xu & Qu, 2008}).

Por otra parte, a nivel de las cinasas activadoras JAK1/2, existe un punto de control adicional que regula la homeostasis en esta vía de señalización. SOCS-1 es la proteína encargada de esta tarea, ya que se asocia con JAK1/2 a través de su dominio SH2, interfiriendo como una cinasa de tirosina e irrumpiendo en los eventos de una señalización río abajo suscitados por el IFN-γ. Además, SOCS-1 porta un dominio C-terminal llamado caja SOCS que le permite unirse con el complejo adaptador Elongina BC, para reclutar a Cullina5, una proteína andamio o scaffold para la enzima E3-ligasa de ubiquitina que promueve la degradación de las proteínas a través de la ubiquitinación de intermediarios de la vía de señalización reclutados por los dominios SH2. En este nivel de regulación, es importante el hecho de que la proteína SOCS-1 es inducida por el IFN-γ, lo que da lugar a un asa de autorregulación negativa (Figura 4B) (^{Debrincat et al., 2007}; ^{Liau et al., 2018}).

Las proteínas PIAS son una familia de enzimas E3-ligasas de SUMO que son clave en distintas vías de transducción de señales. Cuentan con 5 dominios comunes entre los que destacan el dominio SAP (de las iniciales: SAF-A/B, Acinus, and PIAS) de unión a secuencias en el DNA ricas en AT y el dominio RING (dominio de dedo de zinc) que les permite interactuar con UBC9 (del inglés, ubiquitin-conjugating enzyme 9), lo que conduce a la sumoilación de los residuos de lisina de sus sustratos. Específicamente PIAS1, a través de su dominio C- terminal, regula negativamente a la STAT1 por la unión a su dominio N-terminal activo en el núcleo, y bloquea además su unión al DNA, suprime su función transcripcional, para modular la activación de los genes inducidos por el IFN-γ (Tabla II) (^{Chen et al., 2021}; ^{Liao, Fu & Shuai, 2000}; ^{Owen, Brockwell & Parker, 2019}). Además, PIAS1 es también un regulador importante en distintas vías de señalización, ya que es capaz de asociarse con otros factores de transcripción y coreguladores transcripcionales (Figura 4C) (Chen et al., 2021)

Actividad dual del IFN-γ en el cáncer

El IFN-γ es una citocina de gran poder al presentar las respuestas celulares a través de la expresión génica que depende del tipo celular y del estado patológico. Particularmente en el cáncer, se ha demostrado una dualidad entre firmas génicas antitumorigénicas y protumorigénicas a causa del IFN-γ, que parecen ser dependientes del tipo de tumor maligno. A continuación, se presentan algunas evidencias de las implicaciones antitumorales y protumorales asociadas a la señalización del IFN-γ.

Funciones antitumorales de la vía de señalización del IFN-γ

Sistema inmune. El IFN-γ es capaz de dar lugar a la expresión de genes necesarios para la producción de ROS (del inglés, Reactive Oxygen Species) y NO (del inglés, Nitric Oxide) en células PMN (del inglés, Polymorphonuclear), las cuales son componentes de la inmunidad innata. En neutrófilos, se ha observado que la producción del NO es dependiente de la concentración del IFN-γ. Por lo tanto, el efecto antitumoral mediado por estas células depende de la concentración del NO (^{Yamashita, Uchida, Araki & Sendo, 1997}). Las células PMN estimuladas con el IFN-γ son capaces de expresar señales de activación para los linfocitos T citotóxicos como moléculas del MHCII (del inglés, Major Histocompatibility Complex type II), CD80 y CD86, implicados en la defensa contra el tumor (^{Ellis & Beaman, 2004}).

Además, se ha demostrado en modelos in vivo e in vitro de cáncer de próstata metastásico resistente a la castración, que el tratamiento con el IFN-γ regula positivamente la expresión de los genes del MHC-I para el procesamiento y presentación de los antígenos en el TME (del inglés, Tumor microenvironment), promoviendo el reconocimiento y la toxicidad de las células T, características de las que carece este tipo de cáncer (^{Korentzelos, Wells & Clark, 2022}).

Por otra parte, las quimiocinas CXCL9, CXCL10 y CXCL11 contribuyen al reclutamiento de las células T efectoras en la zona del tejido amenazada. En este contexto, el IFN-γ promueve el reclutamiento de los linfocitos T (^{Mauldin et al., 2016}). Además, la estimulación de los linfocitos T CD4⁺ con el IFN-γ los capacita para combatir a las células cancerosas y así evitar la angiogénesis en el tumor (^{Beatty & Paterson, 2001}).

La diferenciación de los macrófagos por el IFN-γ es otro mecanismo antitumoral efectivo en diferentes tipos de cáncer. En el TME, los TAM (del inglés, Tumor-Associated Macrophages), al recibir el estímulo del IFN-γ, se transforman en TAM similares a M1, que secretan quimiocinas y proteínas para reclutar a las células T citotóxicas en contra de las células tumorales (^{Jorgovanovic et al., 2020}).

Proliferación y muerte celular. El IFN-γ induce un efecto antiproliferativo a través de la STAT1, que se une a las secuencias GAS de la región promotora del gen codificante para p21, un inhibidor de las CDKs (del inglés, Cyclin-dependent kinases), reguladoras de la progresión del ciclo celular. De esta manera, la STAT1 es esencial en la regulación del ciclo y proliferación celular (^{Chin et al., 1996}).

Uno de los actores centrales de la respuesta a la muerte celular provocada por el IFN-γ es el IRF1. En las células de cáncer de mama, se identificó un gran número de genes activados por este factor de transcripción, con los que se pudo determinar que la principal actividad antitumoral del IRF1 es la regulación de las vías de señalización de la muerte celular, lo que le permite inhibir el crecimiento celular en el cáncer (^{Rettino & Nicole, 2013}). Además, destaca la aparición de la apoptosis a través de las caspasas como la caspasa 3, en respuesta a la intervención del IRF1, ya que reduce la expresión de Bcl2 (del inglés, B cell lymphoma 1) e incrementa la expresión de Bak (del inglés, Bcl2 antagonist killer 1), lo que conduce a la liberación del citocromo c de la mitocondria y al movimiento de la caspasa 3 y su sustrato PARP (del inglés, Poly-ADP-ribose polymerase) en una línea celular de leucemia (^{Zhou et al., 2008}). En células de NSCLC (del inglés, Non-small cell lung cancer), el tratamiento con altas dosis del IFN-γ provoca que se active la caspasa 3 y la caspasa 7 (^{Song et al., 2019}). En el cáncer de próstata metastásico resistente a la castración, el tratamiento con el IFN-γ redujo la expresión de la E-cadherina, lo que favoreció a la apoptosis a través de la caspasa 3 (^{Korentzelos et al., 2022}).

Daño al DNA . En el TME de diferentes tipos de tumor, se presenta una condición de estrés oxidativo por la producción de ROS mitocondriales e intracelulares, lo que da como resultado un mayor daño al DNA, así como inestabilidad genómica, favorece la malignidad, la invasión y la migración del tumor (^{Torrisi et al., 2022}). Existen evidencias sobre el papel protector del IFN-γ contra el daño al DNA inducido por ROS. En un estudio realizado con linfocitos obtenidos de pacientes con cáncer de pulmón, se observó que el suministro del IFN-γ protegió contra el daño al DNA provocado por el H₂O₂ e intervino en la maquinaria de reparación del DNA, como las PARP (^{Alhawamdeh et al., 2021}).

Antimetastásico . El IFN-γ es una citocina muy importante en la actividad de los monocitos en el cáncer de pulmón, donde un tratamiento a corto plazo con esta citocina, al expandir a los monocitos, y a las células NK a través de IL-17, no se produjo la metástasis (^{Wang et al., 2022}). Además, se ha observado que la combinación del IFN-γ con agentes quimioterapéuticos como el Paclitaxel, administrado a un modelo in vivo de cáncer de próstata metastásico, resistente a la castración, también impidió la aparición de la metástasis (^{Korentzelos et al., 2022}).

Sensibilidad a las terapias. La radioterapia es una estrategia para tratar el cáncer, y causar la apoptosis en las células cancerosas, lo que favorece la liberación de los antígenos tumorales y su procesamiento por parte de las APCs (del inglés, Antigen Presenting Cells), así como la estimulación de las células efectoras dentro de los ganglios linfáticos. Como resultado, estas células efectoras son capaces de infiltrarse en el tumor para ejercer su actividad citotóxica, contrarrestando así su crecimiento (^{Lugade et al., 2005}). La radioterapia además de inducir a la inflamación del tejido tratado en consecuencia se liberan las citocinas inflamatorias como el IFN-γ. Al respecto, se ha reportado que el IFN-γ incrementa los efectos antitumorales de la radioterapia en un modelo murino del adenocarcinoma. En este modelo, los linfocitos T CD8+ fueron los principales productores del IFN-γ después de la radioterapia y como resultado, el IFN-γ favoreció la actividad citolítica de los linfocitos T y la reducción del tumor (^{Gerber et al., 2013}).

Funciones protumorales de la vía de señalización del IFN-γ

Vías no canónicas activadas por el IFN-γ. Es importante mencionar que aunque la gran mayoría de los efectos celulares llevados a cabo por el IFN-γ son a través de su vía canónica ya descrita y punto central de esta revisión, el IFN-γ también puede activar vías de señalización no canónicas protagonizadas por STAT3, STAT5, NF-κB (del inglés, Nuclear Factor kB), AP-1 (del inglés, Activating Protein 1), I-CAM (del inglés, Intercellular Adhesion Molecule), PI3K (del inglés, Phosphoinositide 3-kinase), MAPK (del inglés, Mitogen Activated Protein Kinase), Notch1 (del inglés, Neurogenic locus notch homolog protein 1) y ERK1/2 (del inglés, Extracellular Regulated Kinases 1/2). Las vías no canónicas del IFN-γ son características del tipo celular y en el cáncer se asocian con la promoción y la supervivencia del tumor (^{Alspach et al., 2019}; ^{Kursunel & Esendagli, 2016}; ^{Martin-Hijano & Sainz, 2020}; ^{Zaidi, 2019}).

Angiogénesis. La angiogénesis es el conjunto de mecanismos moleculares que da lugar al surgimiento de nuevos vasos sanguíneos. En el cáncer este proceso es de gran importancia, ya que provee de nutrientes, oxígeno y circulación de los metabolitos, lo que da como resultado la progresión y la metástasis del tumor. Para que la angiogénesis se lleve a cabo, se requieren mecanismos de neovascularización como la vasculogénesis, la linfangiogénesis, la cooptación de vasos y el mimetismo vasculogénico (^{Balandeh et al., 2021}; ^{Hernández-Romero, Guerra-Calderas, Salgado-Albarrán, Maldonado-Huerta & Soto-Reyes, 2019}). El IFN-γ forma parte del TME y es capaz de inducir a la expresión de la enzima IDO (del inglés, Indoleamine 2,3-dioxygenase). En un modelo murino de retinopatía y metástasis en el pulmón, se observó que el IFN-γ interviene en a la expresión de IDO, para promover la neovascularización y favorecer la metástasis en el pulmón (^{Mondal et al., 2016}).

Escape inmune. El IFN-γ, a través de su vía de señalización canónica, favorece la evasión inmune del tumor al aumentar la expresión de las moléculas inhibitorias inmunes; ejemplo de ello, es la inducción de la expresión del PD-L1 por IRF1 en diferentes tipos de cáncer, que es de gran relevancia en la inmunidad tumoral, al ser parte del punto de control o checkpoint inmunitario PD-1/PD-L1. La unión de PD-L1 a su receptor PD-1 en las células T activadas, inhibe la inmunidad antitumoral al contrarrestar las señales de activación de las células T, protegiendo así a las células tumorales de la actividad citotóxica de estos linfocitos (^{Litak et al., 2019}; ^{Lou, Jin, Dewei, Qureshi & Laijun, 2017}; ^{Shao et al., 2019}; ^{Sun, Mezzadra & Schoumacher, 2018}).

En los tumores sólidos, con frecuencia se incrementa la expresión de PD-L1, y es utilizado como uno de los mecanismos de escape inmune de más relevancia (^{Lei, Wang, Sun, Wang & Zhang, 2020}; ^{Mimura et al., 2018}). Un ejemplo de ello es en el caso de las células de cáncer gástrico que sobreexpresan a PD-L1 ante el tratamiento con el IFN-γ de forma dependiente de la dosis (^{Imai et al., 2020}). Además, en el cáncer gástrico, se observó que el tratamiento con el IFN-γ sobre las células cancerosas desreguló la actividad citotóxica de las células T; esta actividad fue recuperada con la aplicación de los anticuerpos anti-PD-L1, lo que indica que la sobreexpresión de PD-L1 inducida por el IFN-γ es un factor determinante para la actividad antitumoral de los linfocitos T en el TME (^{Mimura et al., 2018}).

Otra molécula inhibitoria inmune que es inducida por acción del IFN-γ es IDO, una enzima que forma parte de la vía de la quinurenina que cataliza el paso del catabolismo del triptófano para formar N-formil-quinurenina. Esta enzima se expresa en las células tumorales, los fibroblastos y las células inmunes infiltrantes en el TME. La enzima IDO contribuye a la formación de un TME inmunotolerante por la inducción de la apoptosis en las células T, detalle relacionado con un mal pronóstico en diferentes tipos de cáncer, como el cáncer colorrectal. En las células del glioblastoma se ha observado que el estímulo con el IFN-γ favorece la superinducción de PD-L1 e IDO1, y un TME altamente inmunosupresor (^{Jung et al., 2022}). La arginasa es otra enzima que es importante en el escape inmune inducido por el IFN-γ. Esta hidroliza la arginina en ornitina y urea y contribuye a las actividades inmunosupresoras de los macrófagos, células dendríticas y células MDSCs (del inglés, Myeloid-Derived Suppressor Cells) en el TME, ya que metaboliza nutrientes que son clave para la activación de las células T CD8⁺ (^{Du, Frankel, Green & Zou, 2022}).

Viabilidad celular. Como se mencionó previamente, en diferentes tipos de cáncer, se ha observado la alteración génica de los elementos de la vía JAK-STAT dependiente del IFN-γ (^{Benci et al., 2016}). Bajo este escenario se da paso a la insensibilidad ante el IFN-γ y a la evasión de señales antiproliferativas y proapoptóticas, entre otras. En los tumores deficientes del receptor del IFN-γ o de algún otro componente de su vía de señalización, se da la activación de las moléculas inhibitorias como SOCS1 y SHP2, entre otras, que da como resultado la insensibilidad al IFN-γ. Además, en diferentes tipos de cáncer, por acción de esta citocina, se incrementa la expresión de las moléculas como CD38 y CD74 que contribuyen directamente a la supervivencia y a la proliferación de las células cancerosas (^{Kursunel & Esendagli, 2016}). Además, IDO es capaz de inducir a la activación de la vía PI3K-AKT para promover la proliferación celular y resistencia a la apoptosis (^{Du et al., 2022}).

Resistencia a las terapias. La resistencia a la terapia con los inhibidores de checkpoints inmunitarios se acompaña frecuentemente de alteraciones en la vía JAK/STAT. De esta manera se han presentado líneas celulares cancerosas con pérdida de la función en JAK1 o JAK2 al carecer de los genes producidos por el IFN-γ, aun después del estímulo con esta citocina (^{Alavi et al., 2018}; ^{Angelicola et al., 2021}). Por lo tanto, la reducción de la sensibilidad al estímulo del IFN-γ como consecuencia de las alteraciones génicas, resulta en la pérdida de la expresión de los genes relacionados con la señalización del IFN-γ y con la amplificación de los genes de regulación negativa (^{Du et al., 2022}; ^{Gao et al., 2016}).

A través del estudio de diferentes tumores, se observó que pacientes con resistencia a la inmunoterapia, presentan una pérdida de la función en el gen APLNR que codifica para el receptor de apelina. Esto condujo al descubrimiento de que la interacción de APLNR con JAK1 modula la respuesta al IFN-γ en tumores y su pérdida de la función reduce la eficacia de las inmunoterapias como son la transferencia de las células o el bloqueo de checkpoints (^{Patel et al., 2017}).

Metástasis e invasión. Ante el desarrollo de un tumor, se crea un ambiente inmunosupresor que protege al tumor del ataque inmunitario y de esta manera se conduce al crecimiento y progresión del mismo, así como a la invasión y la metástasis, producto de una relación alterada entre el tumor y las células del estroma (^{Alshaker & Matalka, 2011}). En un modelo de cáncer gástrico, se determinó que la sobreexpresión de PD-L1 inducida por el IFN-γ se relaciona con un fenotipo de transición epitelio-mesénquima o EMT (del inglés, Epithelial-Mesenchymal Transition) (^{Mimura et al., 2018}). También se ha reportado que el IFN-γ favorece la transformación a células troncales cancerosas o CSC (del inglés, Cancer Stem Cells), a través de la expresión del receptor CSCR4 con potencial de invasión y migración (^{Chen et al., 2011}).

Dualidad de la función del IFN-γ en el cáncer

Se han propuesto diversos factores que determinan el tipo de actividad pro o antitumorigénica que el IFN-γ ejerce en los diferentes tipos de cáncer (Figura 5), a continuación, discutiremos algunos.

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Figura 5 La vía canónica del IFN-γ induce efectos protumorales y antitumorales en diferentes tipos de cáncer.. 

Genes estimulados por el IFN-γ. En algunas investigaciones se sostiene que la dualidad del papel del IFN-γ en el cáncer se debe a la inducción de genes por la vía canónica o por la no canónica, en la que se activarán proteínas efectoras con blancos diferentes en cada caso (^{Tseng et al., 2012}). Por otra parte, un mismo gen que pertenece a la vía canónica del IFN-γ, puede ejercer funciones duales en torno a sus niveles de expresión. STAT1 es un factor de transcripción importante, ya que regula la expresión de un amplio abanico de genes, incluyendo la IRF1. La sobreexpresión de la IRF1 se asocia con la inducción de señales apoptóticas en respuesta al IFN-γ, pero, por el contrario, si se inhibe por acción del IRF2 que se une competitivamente a las secuencias ISRE de sus promotores blanco, el IFN-γ activa señales proliferativas (^{Alhawamdeh et al., 2021}; ^{Alsamman & El-Masry, 2018}; ^{Shao et al., 2019}).

Dosis del ligando y tipo de cáncer. Uno de los factores propuestos para la dualidad de la actividad del IFN-γ es la concentración de esta citocina presente en el TME de diferentes tipos de cáncer (^{Jorgovanovic et al., 2020}). En NSCLC y en el cáncer de próstata, se ha reportado que concentraciones bajas del IFN-γ favorecen la troncalidad de las células tumorales a través del eje ICAM1-PI3K-Akt-Notch1 y EMT (^{Lo et al., 2018}; ^{Song et al., 2019}). Por el contrario, dosis altas del IFN-γ activan la vía JAK-STAT1-caspasa para que se efectúe la apoptosis en las células de NSCLC (^{Song et al., 2019}). Estos datos sugieren que la dosis del IFN-γ podría determinar la activación de sus vías de señalización no canónicas o canónicas (^{Martin-Hijano & Sainz, 2020}). Además, niveles endógenos bajos del IFN-γ en el carcinoma esofágico de las células escamosas y en el carcinoma hepatocelular se correlacionan de manera importante con un mal pronóstico, la metástasis en el cerebro, la quimiorresistencia y la expresión de los genes relacionados con la troncalidad y el EMT (Martin-Hijano & Sainz, 2020).

Por otra parte, en las células del glioblastoma, altas dosis del IFN-γ (100 ng/ml) favorecen la superinducción de las moléculas inmunosupresoras como PD-L1 e IDO1 (^{Jung et al., 2022}). Por lo tanto, la dosis podría influir sobre las acciones pro o antitumorales del IFN-γ, pero éstas al parecer dependen del contexto celular.

Persistencia del estímulo del IFN-γ . En un modelo murino de melanoma, se reporta que la estimulación prolongada de (3 semanas) con el IFN-γ, induce la sobreexpresión de PD-L1 y una resistencia a la terapia con bloqueadores de checkpoints inmunitarios. La estimulación prolongada con el IFN-γ conduce a la presencia de los ISGs relacionados con la tumorigénesis (^{Benci et al., 2016}). Por otra parte, en un modelo murino de cáncer de pulmón metastásico, el tratamiento a corto plazo (2 días) con el IFN-γ impulsa a la diferenciación de los monocitos a un fenotipo antimetastásico (^{Wang et al., 2022}). Estos datos sugieren que la exposición crónica al IFN-γ en el TME podría promover el desarrollo del tumor.

La vía del IFN-γ en la detección y en los tratamientos contra el cáncer

Como se revisó anteriormente, el IFN-γ es una potente citocina capaz de inducir respuestas tanto antitumorigénicas como protumorigénicas a través de los participantes de su vía de señalización canónica. Lo anterior ha motivado el estudio de la vía de señalización del IFN-γ por su potencial en la identificación de blancos terapéuticos y/o biomarcadores para distintos tipos de cáncer.

Biomarcadores. El IFN-γ induce a la sobreexpresión del PD-L1 en células tumorales, promueve la evasión inmune por parte del tumor. Por lo anterior, se propuso la medición de los niveles del mRNA del IFN-γ como un predictor de la respuesta y supervivencia, bajo tratamientos de bloqueo de checkpoints inmunitarios (^{Karachaliou et al., 2018}).

Los niveles de PD-L1 se incrementan en diferentes tumores malignos, por lo que es considerado como un potencial biomarcador (^{Lei et al., 2020}). Altos niveles de PD-L1 se asocian con un mal pronóstico y con una supervivencia más corta en los pacientes con diferentes tipos de cáncer (^{Hao et al., 2020}). Sin embargo, el aumento de la expresión de PD-L1 en el TME sugiere una buena respuesta a los tratamientos de bloqueo de checkpoints inmunitarios. Por lo tanto, la detección de altos niveles de PD-L1 puede ser una herramienta para la toma de decisiones en el suministro de fármacos de bloqueo del checkpoint inmunitario en el tratamiento contra el cáncer (^{Karachaliou et al., 2018}).

Blancos terapéuticos . El uso del IFN-γ como agente terapéutico ha sido considerado como una estrategia terapéutica. Por ejemplo, la instilación del IFN-γ en vesículas ha sido útil contra el cáncer recurrente, ya que logró incrementar los niveles de las células T, NK y linfocitos B en el carcinoma de vejiga. Además, en el cáncer de ovario se ha utilizado al IFN-γ como terapia complementaria a la quimioterapia, lo que ha resultado ser sinérgico en la inhibición de la proliferación celular e impulsor de la apoptosis in vitro. También se ha recurrido a la liberación in situ del IFN-γ con la ayuda de los plásmidos, los vectores y los liposomas, de los cuales, el liposoma ha presentado una excelente actividad dirigiéndose a las células dendríticas, elimina el tumor y favorece la supervivencia del modelo murino. Sin embargo, los intentos para su aplicación en el TME han fracasado por el desarrollo de un fenotipo de resistencia (^{Gocher, Workman & Vignali, 2022}).

Los checkpoints inmunitarios como CTLA-4 (del inglés, Cytotoxic T-Lymphocyte Antigen 4) y PD-L1, regulan la actividad de las células T y evitan respuestas autoinmunes bajo condiciones normales, pero como se ha comentado previamente, en el cáncer es una importante estrategia utilizada para evadir al sistema inmune (^{Chen et al., 2019}). Por esta razón, se han desarrollado anticuerpos monoclonales anti PD-L1 y anti CTLA-4, como terapia coadyuvante en pacientes quimioresistentes y en etapas avanzadas del cáncer (Chen, Liu, Qiu & Chen, 2019). Sin embargo, este tipo de inmunoterapia dirigida hacia los checkpoints inmunitarios ha presentado resultados variables en algunos tipos de cáncer y más investigaciones se están llevando a cabo (^{Jorgovanovic et al., 2020}; ^{Kursunel & Esendagli, 2016}; ^{Pearson et al., 2020}).

Por otro lado, como IDO favorece la angiogénesis en respuesta al IFN-γ, es un blanco prometedor para el uso y aplicación de fármacos inhibitorios de IDO (^{Mondal et al., 2016}).

Conclusiones

El IFN-γ es una citocina proinflamatoria que origina respuestas celulares en los macrófagos, los linfocitos T y las células cancerosas, a través de su vía canónica de señalización JAK-STAT. Esta vía está compuesta por diversos factores que requieren de un estricto control para su correcto funcionamiento.

Por la vía del IFN-γ se modula la expresión de una firma de genes característica de cada tipo celular y de cada estado patológico, como el cáncer. Dentro de esta firma existe una dualidad en las acciones del IFN-γ, al inducir genes con actividad antitumorigénica o protumorigénica. Los mayores acercamientos al origen de esta dicotomía se le adjudican a las dosis suministradas de IFN-γ, a la persistencia del estímulo, a la vía por la que se activa su firma de genes (canónica o no canónica) o bien a la actividad de los genes que estén siendo activados.

Aún existe un amplio abanico de oportunidades para la investigación de los mecanismos moleculares de acción y regulación de la vía del IFN-γ, así como para estudiar su influencia sobre las células cancerosas, con el fin de establecer nuevos biomarcadores y blancos terapéuticos contra distintos tipos de cáncer.