La inestabilidad de microsatélites ( MSI ) es la condición de hipermutabilidad genética (predisposición a la mutación ) que resulta de una reparación alterada del ADN (MMR). La presencia de MSI representa una evidencia fenotípica de que la MMR no está funcionando normalmente.
La MMR corrige los errores que ocurren espontáneamente durante la replicación del ADN , como los desajustes de una sola base o las inserciones y deleciones cortas . Las proteínas involucradas en la MMR corrigen los errores de la polimerasa formando un complejo que se une a la sección de ADN que no coincide, elimina el error e inserta la secuencia correcta en su lugar. [1] Las células con MMR de funcionamiento anormal no pueden corregir los errores que ocurren durante la replicación del ADN y, en consecuencia, acumulan errores. Esto provoca la creación de nuevos fragmentos de microsatélites . Los ensayos basados en la reacción en cadena de la polimerasa pueden revelar estos nuevos microsatélites y proporcionar evidencia de la presencia de MSI.
Los microsatélites son secuencias repetidas de ADN. Estas secuencias pueden estar formadas por unidades repetidas de uno a seis pares de bases de longitud. Aunque la longitud de estos microsatélites varía mucho de una persona a otra y contribuye a la "huella digital" del ADN individual, cada individuo tiene microsatélites de una longitud determinada. El microsatélite más común en humanos es una repetición de dinucleótidos de los nucleótidos C y A , que ocurre decenas de miles de veces en todo el genoma. Los microsatélites también se conocen como repeticiones de secuencia simple (SSR).
Estructura
La estructura de inestabilidad de microsatélites consta de nucleótidos repetidos, que se ven con mayor frecuencia como repeticiones GT / CA. [2]
Los investigadores aún tienen que confirmar la definición precisa de la estructura de MSI. Si bien todos los investigadores están de acuerdo en que los microsatélites son secuencias repetidas, las longitudes de las secuencias siguen siendo cuestionables. Algunas investigaciones sugieren que las MSI son secuencias de repetición de ADN en tándem cortas de uno a seis pares de bases en todo el genoma, mientras que otras investigaciones sugieren que el rango puede ser de dos a cinco. [3]
Aunque los investigadores no se ponen de acuerdo sobre un umbral específico para el número de repeticiones en tándem que constituyen un microsatélite, existe un consenso en torno a su tamaño relativo. Las secuencias más largas se denominan minisatélite y las secuencias más largas se denominan sitios de ADN satélite . Algunos científicos distinguen entre las tres categorías por un número mínimo de pares de bases y otros utilizan un número mínimo de unidades repetidas. La mayoría de las repeticiones ocurren en regiones no traducidas, específicamente intrones . Sin embargo, los microsatélites que se encuentran en las regiones de codificación a menudo inhiben la expansión de la mayoría de los eventos posteriores. Los microsatélites constituyen aproximadamente el tres por ciento del genoma humano, o más de un millón de fragmentos de ADN. La densidad de microsatélites aumenta con el tamaño del genoma y se ve dos veces más en los extremos de los brazos cromosómicos que en los cuerpos cromosómicos. [4]
Forma y función
MSI se descubrió en las décadas de 1970 y 1980.
En un sentido amplio, MSI resulta de la incapacidad de las proteínas de reparación de errores de apareamiento (MMR) para corregir un error de replicación del ADN. La replicación del ADN ocurre en la fase "S" del ciclo celular ; el evento defectuoso que crea una región MSI ocurre durante el segundo evento de replicación. La hebra original no está dañada, pero la hebra hija experimenta una mutación de cambio de marco debido al deslizamiento de la ADN polimerasa. Específicamente, la ADN polimerasa se desliza, creando un bucle de inserción-deleción temporal, que generalmente es reconocido por las proteínas MMR. Sin embargo, cuando las proteínas MMR no funcionan normalmente, como en el caso de MSI, este bucle da como resultado mutaciones de cambio de marco, ya sea a través de inserciones o deleciones, produciendo proteínas que no funcionan. [5]
MSI es exclusivo de los polimorfismos de ADN en que los errores de replicación varían en longitud en lugar de secuencia. La velocidad y la dirección de las mutaciones que producen MSI son los componentes principales para determinar las diferencias genéticas. Hasta la fecha, los científicos están de acuerdo en que las tasas de mutación difieren en la posición de los loci. Cuanto mayor sea la longitud del MSI, mayor será la tasa de mutación. [4]
Aunque la mayoría de las mutaciones de MSI son el resultado de mutaciones de cambio de marco, ocasionalmente los eventos de mutación que conducen a MSI se derivan de la hipermetilación del promotor hMLH1 (proteína MMR). La hipermetilación ocurre cuando se agrega un grupo metilo a un nucleótido de ADN, lo que resulta en el silenciamiento del gen, produciendo así MSI. [6]
Los investigadores han demostrado que el daño oxidativo produce mutaciones de cambio de marco, lo que produce MSI, pero aún tienen que ponerse de acuerdo sobre un mecanismo preciso. Se ha demostrado que cuanto más estrés oxidativo se ejerce sobre el sistema, más probabilidades hay de que se produzcan mutaciones. Además, la catalasa reduce las mutaciones, mientras que el cobre y el níquel aumentan las mutaciones al aumentar la reducción de peróxidos. Algunos investigadores creen que el estrés oxidativo en loci específicos da como resultado una pausa de la ADN polimerasa en esos sitios, creando un entorno para que se produzca el deslizamiento del ADN. [7]
Los investigadores primero creyeron que MSI era aleatorio, pero hay evidencia que sugiere que los objetivos de MSI incluyen una lista creciente de genes. Los ejemplos incluyen el gen receptor del factor de crecimiento transformante Beta y el gen BAX . Cada diana da lugar a diferentes fenotipos y patologías. [8]
Significación clínica
La inestabilidad de microsatélites está asociada con cáncer de colon, cáncer gástrico, cáncer de endometrio, cáncer de ovario, cáncer del tracto hepatobiliar, cáncer del tracto urinario, cáncer de cerebro y cánceres de piel. La MSI es más frecuente en asociaciones con cánceres de colon. Cada año, hay más de 500.000 casos de cáncer de colon en todo el mundo. Según los hallazgos de más de 7,000 pacientes estratificados para cánceres de colon MSI-High (MSI-H), MSI-Low (MSI-L) o Microsa satellite Stable (MSS), aquellos con tumores MSI-H tuvieron un pronóstico más positivo en un 15% en comparación con los tumores MSI-L o MSS. [9]
Los tumores colorrectales con MSI se encuentran en el colon derecho, asociados con tejido pobremente diferenciado, mucinógenos altos, linfocitos infiltrantes del tumor y presencia de una respuesta del huésped similar a la de Crohn. [10] [11] Los tumores MSI-H que contribuyen al cáncer colorrectal presentan menos metástasis que otros cánceres colorrectales derivados. Esto se demuestra mediante investigaciones anteriores que muestran que los tumores MSI-H son más representativos en los cánceres en estadio II que en el estadio III. [3]
Los científicos han explorado la conexión de las proteínas de clasificación de proteínas vacuolares (VPS) con la MSI. Al igual que MSI, VPS está relacionado con cánceres gástrico y de colon. Un estudio informa que las proteínas VPS estaban relacionadas con cánceres MSI-H, pero no con cánceres MSI-L, restringiendo así VPS a cánceres específicos de MSI-H. [12]
El estado de MSI-H aumenta la posibilidad de síndrome de Lynch , pero MSI-H también puede ocurrir en pacientes sin síndrome de Lynch y la confirmación del síndrome de Lynch requiere pruebas de ADN de la línea germinal . El síndrome de Lynch se asocia con MSI y aumenta el riesgo de cáncer de colon, endometrio, ovario, estómago, intestino delgado, tracto hepatobiliar, tracto urinario, cerebro y piel. [3]
Un estudio realizó más de 120 pacientes con síndrome de Lynch atribuyendo la reacción similar a la de Crohn (CLR) asociada con MSI a "neopéptidos específicos de tumores generados durante la carcinogénesis de MSI-H". Este estudio corroboró además que "la presencia de protección inmunitaria antimetastásica en pacientes con CCR con MSI-H puede explicar los hallazgos recientes de que la quimioterapia adyuvante con 5-FU no tiene efectos beneficiosos o incluso adversos en este colectivo". Los investigadores asumen que existe un papel protector de los linfocitos contra el CCR MSI-H que previene la metástasis tumoral. [13]
Los tumores MSI en el 15% de los cánceres colorrectales esporádicos son el resultado de la hipermetilación del promotor del gen MLH 1, mientras que los tumores MSI en el síndrome de Lynch son causados por mutaciones de la línea germinal en MLH 1, MSH 2, MSH 6 y PMS2. [3]
La MSI ha sido evidente en la causa de los carcinomas sebáceos. Los carcinomas sebáceos son un subconjunto de una patología más amplia, el síndrome de Muir-Torre . La MSI se expresa de forma variable en el síndrome de Muir-Torre, y con mayor frecuencia se expresa con patologías compartidas en pacientes con cáncer de colon. Además, las proteínas MMR MLH 1, MSH 2, MSH6 y PMS2 son fundamentales en el carcinoma sebáceo periocular, que se observa en el párpado en el 40% de los carcinomas sebáceos. [14]
En mayo de 2017, la FDA aprobó un inmunoterapéutico llamado Keytruda ( pembrolizumab ) ( inhibidor de PD-1 ) para pacientes con tumores sólidos no resecables o metastásicos con inestabilidad de microsatélites alta (MSI-H) o deficientes en reparación de desajustes (dMMR) que han progresado después de un tratamiento previo. Esta indicación es independiente de la evaluación de la expresión de PD-L1 , el tipo de tejido y la ubicación del tumor. [15]
Diagnóstico de inestabilidad de microsatélites
La MSI es un buen marcador para determinar el síndrome de Lynch y determinar el pronóstico de los tratamientos contra el cáncer. En 1996, el Instituto Nacional del Cáncer (NCI) organizó un taller internacional sobre el síndrome de Lynch, que condujo al desarrollo de las "Directrices Bethesda" y loci para las pruebas de MSI. Durante este primer taller, el NCI acordó cinco marcadores microsatélites necesarios para determinar la presencia de MSI: dos mononucleótidos, BAT25 y BAT26, y tres repeticiones de dinucleótidos, D2S123, D5S346 y D17S250. Los tumores MSI-H resultan de MSI de más del 30% de los loci MSI inestables (> 2 o más de los 5 loci). Los tumores MSI-L son el resultado de menos del 30% de los biomarcadores MSI inestables. Los tumores MSI-L se clasifican como tumores de etiologías alternativas. Varios estudios demuestran que los pacientes con MSI-H responden mejor a la cirugía sola, en lugar de a la quimioterapia y la cirugía, lo que evita que los pacientes experimenten quimioterapia innecesariamente. [3]
Seis años más tarde, durante el segundo taller organizado por el NCI para revisar el síndrome de Lynch en 2002, se revisaron las Directrices Bethesda (publicadas más tarde en 2004 [16] ) que recomendaban nuevos criterios para las pruebas de MSI. Específicamente, identificaron los cinco loci de mononucleótidos como superiores, sobre la mezcla de loci de mono y dinucleótidos porque los loci de dinucleótidos podrían aparecer desplazados, cuando en realidad no lo estaban, aumentando así la posibilidad de un resultado falso positivo de MSI-H.
El primer kit disponible comercialmente fue proporcionado por Promega Corporation , Madison, Wisconsin, llamado Microsatélite Inestabilidad 1.2 Análisis Sistema (RUO). Desde entonces, Promega MSI RUO ha sido ampliamente adoptado desde 2004, con más de 120 publicaciones revisadas por pares que citan su posición global como el estándar de oro para determinar el estado de MSI del tejido canceroso.
Recientemente, se han introducido en el mercado con éxito kits de detección de MSI basados en PCR en tiempo real [1] . El formato de tubo cerrado de un solo paso, la alta precisión y sensibilidad de los productos basados en PCR en tiempo real sin ningún análisis adicional después de la amplificación por PCR en comparación con los métodos tradicionales (PCR seguida de análisis de fragmentos) se han considerado ventajas críticas.
La inteligencia artificial también se ha utilizado para predecir la MSI a partir de la aparición de tumores bajo el microscopio. [17] La patología digital se puede someter a técnicas de aprendizaje automático y se pueden hacer predicciones sobre MSI sin ninguna prueba molecular. [18] Estos métodos aún no han mostrado resultados que sean suficientes para incorporar en la atención clínica.
Los mecanismos directos e indirectos contribuyen a la resistencia a la quimioterapia. Los mecanismos directos incluyen vías que metabolizan el fármaco, mientras que los mecanismos indirectos incluyen vías que responden al tratamiento de quimioterapia. La vía de reparación del ADN NER juega un papel importante en la reversión del daño celular causado por agentes quimioterapéuticos como el 5-FU. [19]
Descubrimientos desde 2010
En mayo de 2017, la FDA aprobó un inmunoterapéutico llamado Keytruda ( pembrolizumab ) ( inhibidor de PD-1 ) para pacientes con tumores sólidos no resecables o metastásicos con inestabilidad de microsatélites alta (MSI-H) o deficientes en reparación de desajustes (dMMR) que han progresado después de un tratamiento previo. Esta indicación es independiente de la evaluación de la expresión de PD-L1 , el tipo de tejido y la ubicación del tumor. [20]
Los investigadores han encontrado otra MSI, llamada alteraciones elevadas de microsatélites en repeticiones de tetranucleótidos seleccionadas (EMAST). Sin embargo, EMAST es único en el sentido de que no se deriva de MMR y se asocia comúnmente con mutaciones de TP53 . [5]
EMAST se observa en una variedad de cánceres, incluidos los de pulmón, cabeza y cuello, colorrectal, piel, tracto urinario y órganos reproductivos. Los sitios de órganos externos tienen más potencial para EMAST. Algunos investigadores creen que EMAST tal vez sea una consecuencia de la mutagénesis. Los márgenes positivos de EMAST en los márgenes de cáncer por lo demás negativos sugieren una recaída de la enfermedad para los pacientes. [21]
Referencias
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Otras lecturas
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