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Introducción
El proceso de transición epitelio-mesénquima (TEM) permite que, de manera temporal, una célula epitelial adquiera un fenotipo mesenquimal como respuesta a un estímulo interno o externo (1). Este proceso se caracteriza por la activación y represión de genes involucrados en diferentes vías de señalización asociadas con migración, invasión, apoptosis, entre otros (1). La TEM está relacionada tanto con procesos fisiológicos normales durante la embriogénesis y reparación de tejidos (1,2) como con procesos patológicos como el cáncer (3). El proceso TEM se divide en tres fases: células no migratorias, células premigratorias y células migratorias (4).
La regulación de la TEM se ha visto asociada a mecanismos epigenéticos, debido a la naturaleza reversible de este proceso (5). La regulación epigenética se basa en la adición reversible de modificaciones estables que no afectan la secuencia de ADN, pero que sí alteran la dinámica transcripcional (6). Los cuatro mecanismos epigenéticos conocidos son: metilación de dinucleótidos CpG, modificaciones de histonas, ARN no codificantes y los complejos remodeladores de la cromatina. Estos mecanismos han demostrado ser fundamentales en el proceso de activación y represión de genes asociados a la adquisición del fenotipo mesenquimal durante la TEM (7,8). En el presente artículo de revisión se describen los principales mecanismos epigenéticos asociados a la regulación positiva y negativa de marcadores epiteliales y mesénquimales, descritos por su participación en el proceso de TEM (1), y cómo cada modificación afecta su función normal asociándolo a patologías como el cáncer (figura 1).
Fuente: modificado de Skrypek et al. (119).
Figura 1 Epigenética y transición epitelio-mesénquimaA) La transición epitelio-mesénquima (TEM) permite la conversión de una célula epitelial a una con fenotipo mesenquimal. Este proceso ocurre durante eventos fisiológicos como la embriogénesis y la cicatrización; sin embargo, su activación aberrante se ha descrito en condiciones patológicas como el cáncer y la fibrosis. Las células epiteliales se caracterizan por presentar una polaridad apicobasal y uniones celulares (fase no migratoria). Posteriormente, cuando las células pierden tanto la polaridad y, en consecuencia, las uniones célula-célula, se afirma que la célula cursa por la etapa premigratoria. El inicio de TEM ocurre con la pérdida de las características epiteliales y la represión transcripcional de genes que son reconocidos como marcadores de este fenotipo (E-cadherina, citoqueratinas 8-18-19 y claudinas 4-2). Así mismo, de manera simultánea ocurre la activación transcripcional de genes involucrados con el fenotipo mesenquimal (N-caderina, vimentina y metaloproteinasas 2-7-9). Finalmente, con la adquisición de un fenotipo mesenquimal, las células adquieren la capacidad de movilidad, lo que se denomina etapa migratoria. Los mecanismos epigenéticos como lo son: la modificación covalente de histonas, la metilación del ADN y los ARN no codificantes orquestan la regulación de la expresión de genes que se activan y reprimen concomitantemente en las tres etapas del proceso. B) Genes epiteliales transcripcionalmente activos durante le etapa no migratoria: CDH1 (E-cadherina), KRT8 (citoqueratina 8), KRT18 (citoqueratina 18), KRT19 (citoqueratina 19), CLDN4 (claudina 4) y CLDN2 (claudina 2). Genes mesenquimales transcripcionalmente activos durante le etapa migratoria: CDH2 (N-cadherina), VIM (vimentina), MMP-2 (metaloproteinasa 2), MMP-7 (metaloproteinasa 7) y MMP-9 (metaloproteinasa 9).
En resumen, en la TEM se ha descrito que, en la primera etapa, las células tienen un fenotipo no migratorio asociado a moléculas de adhesión, a la estabilidad de membrana basal y a la polaridad celular, mediado por los complejos PAR, Crumbs y Scribble, y por la expresión de E-cadherina, β-catenina, c-Met, HGF, IGF1R, EGF y selectinas (4,9,10). En la segunda etapa, las células pierden la polaridad ápico-basal y se separan de la matriz extracelular, reprimiendo genes de adhesión celular como E-cadherina, ocludinas y claudinas, y activando genes mesenquimales como N-cadherina, vimentina y metaloproteasas (11). De igual manera, en esta etapa, el factor de crecimiento TGF-β induce cascadas de señalización dependientes o no de las proteínas SMAD, las cuales tienen como blancos otros factores de transcripción como SNAIL, SLUG, ZEB y bHLH, que inhiben la expresión del gen de E-cadherina (12,13). En paralelo, la expresión del factor de transcripción TWIST activa la expresión de N-cadherina, RAS y Scribble (14). En la tercera etapa, las células adquieren la capacidad de traspasar la membrana basal y desplazarse, tras la activación de las vías de las GTPasas de rho: RhoA, Rac1 y Cdc42, que favorecen la migración celular (15). Durante esta etapa es importante la expresión del factor de transcripción SNAIL1 para promover la expresión de metaloproteinasas para la degradación de la matriz extracelular (5). En esta revisión se abordan los mecanismos epigenéticos que regulan la expresión de los marcadores epiteliales y mesenquimales más importantes en el proceso de TEM.
Mecanismos epigenéticos
Metilación de ADN
La metilación del ADN es una marca epigenética que en vertebrados se lleva a cabo en dinucleótidos CpG, casi exclusivamente. Esta modificación puede ser heredada a través de múltiples divisiones celulares y regula procesos como la expresión de genes, el silenciamiento de elementos transponibles, la impronta genómica y la inactivación del cromosoma X (16,17). Las enzimas responsables de este mecanismo se pueden clasificar en escritoras, intérpretes y borradoras (18). Las escritoras, como las DNMT (DNA-methyltransferase), se encargan de metilar la citosina a 5mC (5-methyl-cytosine), ya sea de novo, por las DNMT3a y DNMT3b, o para mantener los patrones de metilación en las divisiones celulares por la DNMT1 (17,18). Las intérpretes, como las MeCPs (Methyl-CpG binding proteins) reconocen el sitio del genoma metilado, reclutan complejos modificadores de histonas y generan cambios en la cromatina y así reprimen la expresión del gen (18,19). Las borradoras, por último, como la TET (ten-eleven Translocation), catalizan la conversión de 5mC a 5mhC (5-methyl-hydroxy-cytosine), el cual sigue siendo estable y permite la unión con las MeCP y su oxidación a 5fC (5-formyl-cytosine) y, finalmente, a 5cC (5-carboxyl-cytosine), los cuales son menos estables y son fácilmente eliminados por la enzima TDG (Thymine-DNA glycosylase) (18,19).
Modificación covalente de histonas
La modificación covalente de histonas en los dominios globulares afectan directamente la transcripción y estabilidad del nucleosoma, pues desempeñan un papel clave en la regulación de la cromatina para el control de la transcripción, reparación, replicación y recombinación (20). La modificación de histonas actúa por medio de dos mecanismos principales: uno que involucra modificaciones que influyen de forma directa la estructura general de la cromatina y el segundo modificaciones que regulan la unión de moléculas efectoras (20).
Son varios los mecanismos que intervienen en estas modificaciones y se caracterizan, en general, por ser procesos muy dinámicos, entre estos la acetilación de las lisinas, regulada por la acción opuesta de dos grupos enzimáticos: las enzimas histonas acetil transferasas (HAT), que actúan como coactivadoras de la transcripción y neutralizan la carga positiva de la lisina debilitando las interacciones entre las histonas-ADN, y las enzimas histonas deacetilasas (HDAC), que se oponen a los efectos de las HAT, revirtiendo la acetilación de la lisina, acción que restaura la carga positiva de la lisina, estabilizando la arquitectura de la cromatina y funcionando así como represoras transcripcionales (20,21,22). Por otro lado, la metilación de histonas ocurre principalmente en las cadenas laterales de lisinas y argininas; sin embargo, esta no altera la carga de la proteína de la histona, pero sirve como sitio de reconocimiento de otras proteínas de tipo coactivador o corepresor (20,21).
ARN no codificantes
El genoma humano tiene, al menos, el 2 % de la capacidad para codificar proteínas. Sin embargo, se ha descrito que más del 70 % se transcribe; por tanto, la mayor parte del transcriptoma humano consiste en ARN no codificante (ARNnc) (23). El transcriptoma no codificante se conceptualiza en términos del tamaño de los transcritos no codificantes, que van desde los miARN y piARN más cortos de menos de 40 pb hasta los snoARN de tamaño medio (60-300 bp), los ARN potenciadores (eARN; 50-2000 pb) y los ARN no codificantes largos (lncARN) (23,24,25). Estos ARN no codificantes participan en la regulación de diferentes procesos celulares, como la apoptosis, la regulación génica, el procesamiento del ARN y la proliferación; además de tener un papel clave y dinámico como modificadores epigenéticos, al influir en procesos de metilación, demetilación y modificación de histonas (23,24).
Marcadores epiteliales
E-cadherina
La adhesión célula-célula es fundamental en todos los procesos de morfogénesis durante el desarrollo embrionario y en el adulto para el mantenimiento de los tejidos (26). Las cadherinas son un grupo de glicoproteínas transmembranales, cuya función es la adhesión célula-célula dependiente de iones calcio (26,27). En las cadherinas clásicas o de tipo I se incluye la E-cadherina (28), una molécula de adhesión codificada por el gen CDH1, el cual contiene 16 exones (100 kb) (29) y se localiza en el cromosoma 16 (16q22.1) (30).
Tal como se describió, una de las principales características del proceso TEM es la represión transcripcional de E-cadherina (figura 1). Durante este proceso represivo pueden intervenir mecanismos epigenéticos como la modificación covalente de histonas, la metilación del ADN y la regulación mediante ARNnc.
La represión transcripcional de E-cadherina está regulada por los factores de transcripción ZEB1 y SNAIL, los cuales se unen directamente a su región promotora (31). ZEB1 es un factor de transcripción importante durante la embriogénesis y la diferenciación celular (32). Durante TEM, ZEB1 puede reprimir directamente la transcripción de CDH1 uniéndose a las secuencias E-box de su promotor y reclutando DNMT (33) y proteínas modificadoras de histonas como HDAC1 y HDAC2 (34). De igual manera, se ha descrito que ZEB1 puede también reclutar enzimas deacetilasas de tipo SIRT1 al promotor de CDH1 mediando su represión (35).
SNAIL forma parte de un grupo de tres factores de transcripción conocidos por su capacidad de reprimir E-cadherina (36). SNAIL puede suprimir directamente la expresión de E-cadherina uniéndose a E-boxes del promotor (37) y cooperar con histonas metiltransferasas (HMT) y DNMT (38). Tal es el caso de la enzimas metiltransferasas G9A y Suv39H1, que mediante la deposición de las modificaciones HK9Me y H3K9Me3 participan en la represión transcripcional de E-cadherina (38,39). De igual manera, se ha descrito que SNAIL puede reclutar HDAC1 y HDAC2, y el correpresor Sin3A al promotor de CDH1, para silenciarlo por medio de la deacetilación de las histonas H3 y H4 (40).
El promotor de E-cadherina también puede ser regulado por metilación de su región promotora. Este evento ha sido confirmado en líneas celulares de cáncer de seno, en las cuales se ha establecido, incluso, una relación entre el grado de hipermetilación de su promotor con un fenotipo más agresivo (41).
Por otro lado, se ha descrito que la expresión de E-cadherina puede ser regulada también por la presencia de ARN no codificantes. En particular, se ha reportado el impacto de algunos micro-ARN (miARN) que alteran la actividad de factores de transcripción, como NF-κB1, ZEB1, ZEB2, EP300 y PTTG1, y consecuentemente inhiben la expresión de CDH1 en contexto de la TEM. Algunos de los miARN mejor descritos son: el miARN-9 y el miARN-10b, cuya sobreexpresión es inducida por TWIST y está correlacionada con la presencia de fenotipos con baja expresión de E-cadherina y elevada capacidad migratoria. Por su parte, la expresión de miARN’s-31 está relacionada con mal pronóstico en cáncer oral (42). Además, la sobreexpresión de miARN pertenecientes a la familia miARN-200 se asocia con el fenotipo invasivo de múltiples cánceres, pues alteran la expresión de los inhibidores principales de E-cadherina; ZEB1 y ZEB2. Otros miARN implicados en la progresión de las fases de la TEM incluyen a miARN-205 y miARN-655 (42).
Citoqueratinas
El citoesqueleto en la célula eucariota consiste de un entramado tridimensional de diversas proteínas que, además de proveer un soporte para la célula, tienen un papel importante en la organización de las estructuras internas celulares e interviene en el transporte y tráfico intracelular y la división celular (43). Los filamentos intermedios son uno de los cuatro tipos de proteínas que conforman la estructura del citoesqueleto, los cuales a su vez consisten en su mayoría por citoqueratinas (CK), un grupo de proteínas con estructura altamente conservada que se expresan preferentemente en células epiteliales en forma de heteropolímeros entre una CK básica (tipo II) y una ácida (tipo I) (44).
Las CK son en la actualidad marcadores importantes empleados para la identificación de varios tumores y determinación de su origen, debido a que su expresión es tejido-específica, conservada, prácticamente invariable y se encuentra asociada a un fenotipo epitelial. Durante el proceso de TEM, su expresión, en la mayoría de los casos, se encuentra reprimida; sin embargo, como se desarrolla en algunas patologías tumorales se ha descrito su expresión aberrante (45).
Citoqueratina 8
Es una CK de tipo II de células epiteliales simples, la cual, si bien en principio fue asociada con una función meramente estructural, a la fecha en numerosos reportes se ha demostrado que está implicada en procesos de transducción de señales, diferenciación celular, desarrollo del fenotipo de multirresistencia a drogas en cáncer de mama, evasión apoptótica en cáncer nasofaríngeo (46) y defectos en la función del HLA-I en células de carcinoma metastásico (47). El gen KRT8 se encuentra en el locus 12q13.13 y su expresión se da como heterodímero con la CK18 y CK19 (45). Se ha reportado en al menos quince tejidos, en especial colon, duodeno, intestino delgado y estómago (48).
La expresión de las CK se caracteriza por ser altamente conservada; sin embargo, en distintos tipos de cánceres epiteliales se ha evidenciado una marcada alteración sobre los perfiles de expresión de la CK8, pues en la mayoría de ellos hay un aumento de la expresión, mientras en algunos, por el contrario, disminuye (46). A la fecha, se han reportado tres mecanismos responsables de mediar esta alteración sobre los niveles de expresión de la CK8 en cáncer: mediante la generación de mutaciones en el gen KRT8 (46); mediante el control por los factores de transcripción SNAIL y SLUG, que actúan regulando de manera negativa el gen e induciendo simultáneamente la expresión de Vimentina (49), y mediante metilación del ADN (50).
Citoqueratina 18
Es una CK de tipo I y usualmente se asocia con la CK8, pues constituyen el par primario de CK presentes en las células epiteliales simples (51). Aunque son importantes para el mantenimiento de la morfología celular y la integridad mecánica (52), la unión CK8/CK18 ejerce una función reguladora en la protección de la barrera placentaria (53), resistencia a la apoptosis inducida por el factor de necrosis tumoral (54) y toxicidad en hepatocitos (55). El gen que codifica la CK18 se ubica en 12q13.13 (56) y su regulación se ha asociado a procesos epigenéticos mediados por miARN como miR-200 (57). La pérdida de la expresión de las CK8/CK18 promueve la invasión y motilidad de células cancerosas, características asociadas al proceso de TEM (58). La CK18 desempeña un papel activo regulando la expresión de SNAIL y SLUG, factores de transcripción responsables de la regulación negativa de E-cadherina en las etapas iniciales del TEM inducida por el factor de crecimiento beta 1 (TGF-β1) en células epiteliales de mama (59).
Citoqueratina 19
Pertenece al grupo de queratinas tipo I de células epiteliales simples y estructuralmente posee un dominio central helicoidal α altamente conservado y carece de dominio de cola no helicoidal C-terminal (60). La CK19 ejerce funciones estructurales y de señalización, aunque su silenciamiento en un modelo murino demuestra que es prescindible, posiblemente, debido a su remplazo funcional por la CK18 (61). El gen que codifica la CK19 es KRT19, el cual se encuentra en el cromosoma 17q21.2 (62). Durante el proceso de TEM, la CK19, conjuntamente con CK8, CK18, E-cadherina y otros marcadores epiteliales, disminuyen sus niveles de expresión concomitante con el aumento de marcadores mesenquimales (31). La represión transcripcional de CK19 se ha visto mediada por el factor de transcripción SLUG, descrito en estudios donde la sobreexpresión de SLUG en células MDA-MB-468 inhibió la expresión de CK8 y CK19; adicionalmente, la pérdida de función mediante siRNA de SLUG en células BT-549 aumentó los niveles de mRNA de las CK8 y CK19 (49).
Claudinas
Las claudinas son una familia de proteínas encargadas de formar uniones celulares estrechas; además, permiten el paso de iones y solutos por el espacio paracelular. Estas son expresadas tanto en epitelio como en endotelio (63,64). La proteína CLDN4 (Claudina 4) es codificada por el gen CLDN4, ubicado en el cromosoma 7q11.23. En cáncer, la CLDN4 está asociada con la TEM y un mal pronóstico, especialmente en cáncer gástrico, de páncreas y ovario, debido a que se ha evidenciado una expresión aberrante en lesiones precursoras de malignidad (65). La CLDN4 regula positivamente las metaloproteinasas 2 y 9, que permiten la degradación de la matriz extracelular favoreciendo la movilidad y capacidad invasiva de las células tumorales (66).
La expresión de CLDN4 se ha visto reprimida en células uroteliales, porque se asocia con hipermetilación. Este fenómeno es algo característico de las neoplasias en este tipo de tejido (67). En la literatura también se ha evidenciado regulación mediante la modificación covalente de histonas bivalentes, siendo represora la metilación de la lisina 27 de la histona H3 (H3K27me3) y activadora de la metilación de la lisina 4 de la histona H3 (H3K4me3). Sin embargo, estos no son los únicos mecanismos que determinan la expresión de la claudina 4. Se ha encontrado que la regulación negativa de la histona metiltransferasa EZH2 en la lisina 27 de la histona H3 no necesariamente implica un aumento en la expresión del gen CLDN 4 (68).
La proteína CLDN2 (claudina 2) es codificada por el gen CLDN2, ubicado en el cromosoma Xq22.3. Esta proteína también tiene como función formar uniones estrechas celulares, pero principalmente en el intestino. Por esto, la sobreexpresión de CLDN2 se ha visto asociada con la presencia de cáncer colorrectal en diferentes estadios (69). La sobreexpresión de CLDN2 se ha relacionado con la hipermetilación de las islas CpG en el gen PTEN, pues se ha visto que es posible reprimir la sobreexpresión de CLDN2 en adenocarcinomas de pulmón utilizando inhibidores de las DNMT (70). También se han observado mecanismos asociados a la modificación covalente de histonas. En cuanto a CLDN2, se ha descrito que algunas histonas deacetilasas (HDAC) participan en su transcripción aberrante en varios tipos de cáncer (67).
Marcadores mesénquimales
N-cadherina
La N-cadherina o también llamada cadherina 2 (CDH2) es la cadherina clásica de esta superfamilia de proteínas (71). La N-cadherina, junto con β-catenina y αN-catenina, forma el complejo cadherina/catenina, que une el ambiente extracelular al citoesqueleto de la actina (72). Esta proteína cumple funciones durante la embriogénesis, la cardiogénesis y la carcinogénesis. Durante la embriogénesis está principalmente involucrada en la formación de cartílago y hueso, la somitogénesis en el mesodermo y el proceso de alternancia de cadherinas durante la gastrulación (73). Este último consiste en cambios de la expresión de la E y N-cadherina; la E-cadherina es regulada a la baja en la línea primitiva mientras las células realizan la TEM al tiempo que concomitantemente expresan N-cadherina en el mesodermo (74).
En el embrión temprano es expresada en el mesodermo y el notocordio; mientras que en el embrión tardío está presente en tejido neural, lentes y otros tejidos epiteliales, además de músculo cardiaco y esquelético, primordio de la nefrona, algunos tejidos mesenquimales, mesotelio y células de la línea primordial (75). En el desarrollo cardiaco está implicada en la diferenciación del mesodermo precardiaco, el establecimiento de la asimetría izquierdo-derecha, morfogénesis de los bucles cardiacos y la trabeculación de la pared del miocardio (76).
En cáncer y metástasis, la N-cadherina está relacionada con la adquisición de un fenotipo invasivo en las células de origen epitelial a través del proceso de alternancia de cadherinas; este no solo ocurre bajo condiciones fisiológicas durante el desarrollo embrionario, sino que también tiene lugar en esta condición patológica (76). En cáncer de próstata se ha evidenciado cómo promueve la TEM y la expresión de características de células madre a través de señalización por ErbB (77). Se ha visto que su expresión está asociada con la adquisición del fenotipo TEM en líneas celulares de cáncer de pulmón resistentes a erlotinib (78). De igual manera, el proceso de regulación a la alta de N-cadherina resultó en la pérdida de adhesión intracelular y movilidad incrementada en células de carcinoma pancreático (79).
En relación con la expresión encontrada en embriones y adultos, se puede establecer que se expresa de novo en células de carcinoma de seno, próstata, vejiga, tiroides y de células escamosas. Presenta una sobreexpresión en melanoma, leucemia, carcinoma gástrico, cordomas y rabdomiosarcoma; regulación al alta en leiomioma, mesotelioma y tumores adrenales y regulación a la baja en osteosarcoma, carcinoma ovárico, glioblastoma y carcinoma de células renales (76). Se ha establecido que el proceso patogénico de alternancia de cadherinas resulta en la sobreexpresión de N-cadherina y está asociado a la inducción del fenotipo móvil en la transición epitelio-mesénquima, haciendo de esta proteína un marcador mesenquimal (80).
En cuanto a la estructura, la N-cadherina es una proteína transmembranal de un solo paso con un dominio extracelular conformado por cinco repeticiones homólogas (EC1-EC5) que están unidas por puentes de iones de calcio (Ca2+). En el dominio citoplasmático se une con la catenina p120 cerca de la membrana plasmática; a la β-catenina, cerca del extremo terminal C, y esta última está unida a la αN-catenina, que está anclada al citoesqueleto de actina (81).
El gen que codifica la proteína es el CDH2 con una longitud de 250 kb, compuesto por 16 exones y está ubicado en la posición 18q12.1 (71). La secuencia presenta homología con otras especies, como los ratones, y entre las cadherinas de la misma familia (80). Con relación a la regulación epigenética de este gen durante el proceso de TEM, se han propuesto diferentes vías. La primera es por la sobreexpresión de la histona metiltransferasa, que puede di o trimetilar la histona H3 en la lisina 36 (82). Esta se une al promotor del factor de transcripción TWIST e incrementa la metilación en H3K36m2, resultando en su activación (31). TWIST, por su parte, induce la regulación a la baja de E-cadherina que está involucrada en los contactos entre células e incrementa la expresión de marcadores mesénquimales como la fibronectina, la vimentina, la αSMA y la N-cadherina (83). La segunda vía implica a la histona metiltransferasa SET8, que metila la lisina 20 de la histona H4 y regula la transcripción tanto al alta como a la baja (84). En TEM, SET8 tiene dos funciones: la primera es con relación a la activación y al aumento de expresión de la N-cadherina, a través de la interacción física entre SET8 y TWIST, que promueve su reclutamiento al promotor de CDH2 induciendo H4K20m1 (31); la segunda es con relación a la misma metilación en el promotor de CDH1, que reprime su expresión (31).
Otra vía estudiada en tumores epiteliales es la activación de la expresión de N-cadherina, dependiente de la adhesión celular mediada por la integrina β1. Se ha descrito que su expresión en células epiteliales nulas para la integrina β1 provoca la modulación de la expresión de CDH2 y la inducción de la transformación epitelio-mesénquima (85). Por último, un microambiente hipóxico está relacionado con la activación del factor HIF-1α que activa genes relacionados con TEM (86). Su expresión activa la expresión de HDAC3, que deacetila H3K4 en genes mesenquimales como vimentina y N-cadherina y en genes epiteliales como E-cadherina y placoglobina. La posterior activación de los genes mesenquimales se da por el reclutamiento adicional del complejo WDR5/COMPASS, que aumenta los niveles de H3K4m2 en los promotores de estos genes (31).
Vimentina
La vimentina es una proteína de filamentos intermedios tipo III, responsable de mantener la forma e integridad de la célula y estabilizar las interacciones citoesqueléticas, como el posicionamiento, el anclaje de orgánulos, la adhesión célula-célula y célula-sustrato (87,88). Se expresa en células mesenquimales normales para mantener la integridad del tejido. Además, participa en la tumorogénesis, la TEM, la diseminación metastásica del cáncer, la regulación de las principales vías de transducción de señales y la migración e invasión celular.
Es una proteína de 57 kD y 466 aminoácidos con un domino α-helicoidal con extremos de N y C-terminal (no α-helicoidal), denominados cabeza (77 residuos) y cola (61 residuos), respectivamente. Puede formar homopolímeros y heteropolímeros (52,89), cuya formación enrollada en espiral ayuda en la formación de polímeros altamente estables (90). Esta proteína es codificada por un gen de copia única y ubicado en el brazo corto del cromosoma 10, específicamente en 10p13 (91).
Una característica de las células que adquieren el fenotipo mesenquimal durante el proceso de TEM lo constituye la sobreexpresión de la vimentina (92). Uno de sus mecanismos de regulación génica es mediante su fosforilación por una cinasa activada por p21 (PAK), que lleva a la reorganización estructural de la vimentina y, en consecuencia, la de los microfilamentos en las células (93). Un segundo mecanismo de regulación de la vimentina se lleva a cabo por el complejo β-catenina/TCF. Generalmente, la β-catenina forma complejos con la E-cadherina, contribuyendo a la adhesión célula-célula. Bajo ciertas circunstancias, los niveles de β-catenina aumentan y esta se trasloca al núcleo, donde actúa como un coactivador transcripcional al unirse con factores de transcripción de la familia TCF/LEF-1. El complejo β-catenina/TCF se une 468 pb corriente arriba del sitio de inicio de la transcripción del promotor de la vimentina, llevando a la activación del gen y el aumento del potencial invasivo de las células tumorales (94).
Por otro lado, la metilación del gen que codifica para la vimentina se produce con mayor frecuencia en los carcinomas colorrectales avanzados, por lo que se ha sugerido su uso como marcador de diagnóstico para la detección y el control del carcinoma colorrectal en muestras de suero y heces (95). Además, se ha demostrado que el factor de transcripción ZBP-89 recluta la histona deacetilasa 1 (HDAC1) al promotor de vimentina, lo que conduce a una disminución en su expresión (96). Este efecto fue revertido por la presencia de trichostatin A, un inhibidor de HDAC1 (97).
Metaloproteinasas
Las metaloproteinasas de matriz (MMP) son proteínas pertenecientes a la familia de las endopeptidasas dependientes de zinc e intervienen en procesos de organogénesis, cicatrización, involución uterina, inflamación y desarrollo (98,99). Su función principal es la degradación de la matriz extracelular (MEC), razón por la cual están íntimamente relacionadas con procesos metastásicos, pues la degradación de membranas basales y la subsecuente exposición de péptidos crípticos de la MEC estimulan la migración y la invasión celular. Así mismo, son capaces de modificar distintas moléculas de adhesión celular —como las integrinas— y activar distintas citocinas por acción proteolítica como TGF-β, el cual induce la transición epitelio-mesénquima (99), o moléculas como el factor de crecimiento endotelial vascular, involucrado en la angiogénesis (100,101).
Actualmente, se conocen 26 MMP (100) y según su estructura se clasifican en cinco grupos: colagenasas, gelatinasas, estromalisinas, matrilisinas y metaloproteinasas asociadas a membrana (MT-MMP) (98). Además de estos grupos, existe una familia adicional de MMP, llamadas ADAMS, proteínas de membrana pertenecientes a la familia de las desintegrinasas, que están asociadas a procesos de espermatogénesis, neurogénesis, metástasis, liberación de citocinas y factores de crecimiento como TGFα y EGF (1).
Debido a sus capacidades de degradar la matriz y de secretar moléculas que favorecen la migración e invasión celular, el estudio de la regulación de la expresión de los genes que codifican MMP es importante en la investigación del cáncer. Por un lado, se ha demostrado en células de cáncer de mama que MMP-2 puede ser regulado por la fibronectina, una proteína abundante de la MEC que no solo regula la adhesión, migración y proliferación de las células en un microambiente normal, sino que también induce enriquecimiento de H3K4Me3, exponiendo así la región promotora del gen MMP-2, y lleva al aumento de su expresión (102).
Por otro lado, se ha descrito la regulación de la expresión de MMP-2 por miARN, como sucede con miR-874, que reprime su expresión. Por otro lado, también se ha descrito la acción de ciertos lncARN como mediadores del desarrollo y la progresión del cáncer. Un ejemplo de lo anterior es el lncARN XLOC_008466, un oncogén que se sobreexpresa en cáncer de pulmón de células no pequeñas y que se une directamente a miR-874, lo cual produce un aumento de la expresión de MMP-2 (103).
De igual manera, MMP-7 también se ha visto implicada en procesos de cáncer de mama, donde su expresión en fibroblastos del frente invasivo y del centro del tumor se encuentra relacionada de manera significativa con el aumento de su tamaño (104). En procesos tumorales, los niveles de MMP-7 son incrementados y regulados por los factores de transcripción AP-1 y STAT3 en presencia de catecolaminas. El factor AP-1 desempeña un papel esencial en la transcripción de MMP-7, en conjunto con los factores de transcripción AD-1 y PEA3. Las señales que regulan la expresión del gen MMP-7 por citocinas son dependientes del factor AP-1, debido a que un aumento rápido y transitorio de este produce un aumento en la actividad génica (105).
La MMP-9 o gelatinasa B es una colagenasa que degrada la MEC y libera factores de crecimiento; ambos procesos están implicados en la progresión y migración de células cancerosas. Esta metaloproteinasa se encuentra regulada principalmente a nivel transcripcional, donde moléculas activadoras como AP-1 y Nf-kB se unen al promotor del gen de esta metaloproteinasa para activar su expresión (99). También es regulada por mecanismos epigenéticos como los miARN y las modificaciones de histonas. En el estudio de Cock-Rada et al. (99) se evaluó la regulación de la expresión de MMP-9 por acción de la SMYD3, una histona metiltransferasa que induce la di y la trimetilación de H3K4, que así mismo induce la activación o supresión de la transcripción, y que se encuentra sobreexpresada en la proliferación tumoral en carcinoma colorectal, hepatocelular y mamario (106,107).
Por otro lado, las MMP-3 y las MMP-10, conocidas como estromelisinas uno y dos, respectivamente, son expresadas por fibroblastos y células epiteliales que las secretan al espacio extracelular, donde participan en procesos biológicos como el desarrollo de la glándula mamaria, la inmunidad y la curación de heridas (63). La MMP3 procesa sustratos bioactivos como el factor 1 derivado de células estromales, la E-cadherina y prointerleucina-1 beta (IL-1β); también tiene la función de activar otras proMMP, como proMMP-9 y procolagenasas (108). Niveles elevados de MMP-3 se han relacionado con la progresión de la enfermedad de Crohn, artritis reumatoide, enfermedades coronarias y cáncer (101). La expresión del gen MMP-3 es regulado por factores de transcripción específicos tras la exposición a citocinas inflamatorias como IL-1, que participa en la hipometilación del promotor y activa distintas proteínas, como la activadora-1 (AP-1), las proteínas C/EBP y los factores de transcripción de la familia ETS (109). Otros estímulos externos provocan la coexpresión o correpresión de MMP-3, como factores de crecimiento, glucocorticoides y retinoides que desencadenan la expresión de genes tempranos que codifican proteínas de señalización que luego pueden unirse al promotor de MMP-3 (108).
En lo referente a la regulación de la expresión de MMP-10, al igual que la MMP-3, las interleucinas son importantes factores en la progresión del cáncer, como sucede con la exposición de las células de linfoma a IL-4, IL-6 e IL-13 (110). Además, se ha descubierto la existencia de señalización para la expresión de MMP10 vía intercelular con células endoteliales a través de la interacción entre la integrina LFA-1 y su ligando principal ICAM-1 (110). Un alto nivel de expresión de MMP-10 se ha relacionado con distintos tipos de cáncer (111), por lo que se ha propuesto a MMP-10 como un potencial biomarcador en el diagnóstico de dicha enfermedad (112,113,114).
En la tabla 1 se muestra el resumen de los mecanismos epigenéticos involucrados con la regulación de los principales genes epiteliales y mesenquimales.
Discusión
La evidencia reciente ha demostrado que los mecanismos epigenéticos están involucrados y son fundamentales en el proceso de TEM, porque activan y reprimen la actividad transcripcional en distintos contextos del desarrollo, como la gastrulación, donde es responsable de orquestar de forma simultánea procesos de proliferación, migración, diferenciación celular e invasión para la adecuada implantación y desarrollo del embrión (115); al igual que procesos como regeneración de tejidos y cicatrización de heridas, que generan nuevas células que migran y promueven la reepitelización. Sin embargo, se encuentra también asociada a eventos patológicos como la inflamación persistente, que lleva a una TEM aberrante que favorece la presencia de fibrosis en los tejidos, y el cáncer, donde favorece la enfermedad metastásica por invasividad (116).
Estos distintos contextos de activación de la TEM comparten varios mecanismos moleculares, como los descritos a lo largo del texto, en que las células epiteliales pierden la adhesión célula-célula por represión transcripcional del gen de la E-cadherina, acompañado de un aumento de la expresión de marcadores mesenquimales como N-cadherina y vimentina, además de un cambio de la polaridad epitelial; todo esto asociado a un aumento de la expresión de factores de transcripción como SNAIL, TWIST y ZEB (115,116).
La compleja heterogeneidad y dinámica de la TEM resulta de una mezcla diversa de poblaciones celulares que se someten a este proceso a diferentes velocidades y en varias etapas, dominadas por la biología subyacente del tumor primario y su evolución continúa a lo largo del curso clínico (117). Ello lleva a la búsqueda de dianas terapéuticas que permitan manipular este estado en cada contexto; por tanto, un desafío para el desarrollo de nuevos medicamentos.
Las razones precisas por las que este programa altamente controlado se activa de forma aberrante son variadas y desconocidas (117,118). Sin embargo, se ha propuesto que estadios intermedios están influenciados por cambios epigenéticos y caracterizados por la presencia de modificaciones de histonas alteradas en loci clave como CDH1 y miR-200. Se sabe, por ejemplo, que modificadores de histonas como los del grupo polycomb, donde se cataliza la trimetilación de la lisina 27, durante la TEM, son reclutados en el promotor de CDH1 por el factor de transcripción SNAIL1, que reprime la expresión de E-cadherina. Además, este mismo complejo es responsable de la trimetilación y el silenciamiento de miR-200, lo que ha dado lugar a la presencia de quimiorresistencia (117).
Por tanto, la reversibilidad de las alteraciones epigenéticas y la importancia de la metilación del ADN y la acetilación de histonas en la progresión tumoral han dado lugar al desarrollo de inhibidores farmacológicos para la terapia epigenética con epidrugs. Un claro ejemplo de lo anterior lo constituye el uso de inhibidores de HDAC como vorinostat, mocetinostat y ácido valproico como agentes anti-TEM, mediante su intervención en promotores de los genes SNAIL y TWIST, que como se describió anteriormente son fundamentales en el proceso de la TEM (117). De igual manera, se han descrito inhibidores de las DNMT que pueden intervenir en este proceso inhibitorio de la TEM (116,117,118).
La TEM ha emergido en los últimos años como un importante impulsor de la quimiorresistencia, relacionada con la plasticidad fenotípica en cáncer. En esta revisión describimos cómo influye la epigenética en el proceso de TEM y cómo esta podría llevar a la generación de nuevas terapias o terapias combinadas que puedan favorecer un mejor pronóstico para el paciente. Sin embargo, hasta ahora la Administración de Medicamentos y Alimentos de Estados Unidos (FDA) ha aprobado varios tipos de estos medicamentos, como los inhibidores de las DNMT y las HDAC para algunos tipos de cáncer (116,117,118), donde el papel fundamental de los fármacos epigenéticos ha sido la sensibilización de la quimioterapia, la radioterapia y la modulación del sistema inmunológico (117).
