La letalidad sintética surge cuando una combinación de deficiencias en la expresión de dos o más genes conduce a la muerte celular, mientras que una deficiencia en solo uno de estos genes no lo hace. Las deficiencias pueden surgir por mutaciones, alteraciones epigenéticas o inhibidores de uno de los genes. En un cribado genético letal sintético , es necesario comenzar con una mutación que no mata la célula, aunque puede conferir un fenotipo (por ejemplo, crecimiento lento), y luego probar sistemáticamente otras mutaciones en loci adicionales para determinar cuál confiere letalidad. La letalidad sintética tiene utilidad para los propósitos de la terapia del cáncer dirigida molecularmente, con el primer ejemplo de una terapéutica dirigida molecular que explota un letal sintético expuesto por un inactivadogen supresor de tumores ( BRCA1 y 2) que recibió la aprobación de la FDA en 2016 ( inhibidor de PARP ). [1] Un sub-caso de letalidad sintética, donde las vulnerabilidades están expuestas por la eliminación de genes pasajeros en lugar de supresores de tumores es la llamada "letalidad colateral". [2]
Fondo
El fenómeno de la letalidad sintética fue descrito por primera vez por Calvin Bridges en 1922, quien notó que algunas combinaciones de mutaciones en el organismo modelo Drosophila melanogaster confieren letalidad. [3] Theodore Dobzhansky acuñó el término "letalidad sintética" en 1946 para describir el mismo tipo de interacción genética en poblaciones de tipo salvaje de Drosophila . [4] Si la combinación de eventos genéticos da como resultado una reducción no letal de la aptitud, la interacción se denomina enfermedad sintética. Aunque en la genética clásica el término letalidad sintética se refiere a la interacción entre dos perturbaciones genéticas, la letalidad sintética también puede aplicarse a casos en los que la combinación de una mutación y la acción de un compuesto químico causa letalidad, mientras que la mutación o el compuesto por sí solos no son letal. [5]
La letalidad sintética es una consecuencia de la tendencia de los organismos a mantener esquemas de amortiguación que permiten la estabilidad fenotípica a pesar de la variación genética, cambios ambientales y eventos aleatorios como mutaciones. Esta robustez genética es el resultado de rutas paralelas redundantes y proteínas "condensadoras" que camuflan los efectos de las mutaciones para que los procesos celulares importantes no dependan de ningún componente individual. [6] La letalidad sintética puede ayudar a identificar estas relaciones amortiguadoras, y qué tipo de enfermedad o mal funcionamiento puede ocurrir cuando estas relaciones se rompen, mediante la identificación de interacciones genéticas que funcionan en el mismo proceso bioquímico o vías que parecen no estar relacionadas. [7]
Pantallas de alto rendimiento
Las pantallas letales sintéticas de alto rendimiento pueden ayudar a aclarar preguntas sobre cómo funcionan los procesos celulares sin un conocimiento previo de la función o interacción de los genes. La estrategia de cribado debe tener en cuenta el organismo utilizado para el cribado, el modo de perturbación genética y si el cribado es hacia adelante o hacia atrás . Muchos de los primeros cribados letales sintéticos se realizaron en S. cerevisiae. La levadura en ciernes tiene muchas ventajas experimentales en las pantallas, incluido un genoma pequeño, un tiempo de duplicación rápido, estados haploides y diploides y facilidad de manipulación genética. [8] La ablación de genes se puede realizar usando una estrategia basada en PCR y bibliotecas completas de colecciones knockout para todos los genes de levadura anotados están disponibles públicamente. La matriz genética sintética (SGA), la letalidad sintética por micromatriz (SLAM) y el mapeo de interacción genética (GIM) son tres métodos de alto rendimiento para analizar la letalidad sintética en la levadura. Se creó un mapa de interacción genética a escala del genoma mediante análisis SGA en S. cerevisiae que comprende aproximadamente el 75% de todos los genes de levadura. [9]
Letalidad colateral
La letalidad colateral es un sub-caso de letalidad sintética en la terapia personalizada contra el cáncer, donde las vulnerabilidades están expuestas por la eliminación de genes pasajeros en lugar de genes supresores de tumores, que se eliminan en virtud de la proximidad cromosómica a los loci supresores de tumores eliminados principales. [2]
Deficiencias de DDR
Deficiencia de reparación de desajustes de ADN
Las mutaciones en los genes empleados en la reparación de errores de apareamiento del ADN (MMR) provocan una alta tasa de mutación. [10] [11] En los tumores, tales mutaciones subsiguientes frecuentes a menudo generan antígenos inmunogénicos "no propios". Un ensayo clínico de fase II en humanos, con 41 pacientes, evaluó un enfoque letal sintético para tumores con o sin defectos de MMR. [12] En el caso de los tumores esporádicos evaluados, la mayoría sería deficiente en MMR debido a la represión epigenética de un gen de MMR (consulte Reparación de errores de emparejamiento del ADN ). El producto del gen PD-1 normalmente reprime las respuestas inmunes citotóxicas. La inhibición de este gen permite una mayor respuesta inmune. En este ensayo clínico de fase II con 47 pacientes, cuando los pacientes con cáncer con un defecto en la MMR en sus tumores se expusieron a un inhibidor de PD-1, entre el 67% y el 78% de los pacientes experimentaron una supervivencia libre de progresión relacionada con el sistema inmunitario. Por el contrario, para los pacientes sin MMR defectuosa, la adición del inhibidor de PD-1 generó solo el 11% de los pacientes con supervivencia libre de progresión relacionada con el sistema inmunitario. Por tanto, la inhibición de PD-1 es principalmente sintéticamente letal con defectos de MMR.
Deficiencia del gen del síndrome de Werner
El análisis de 630 tumores primarios humanos en 11 tejidos muestra que la hipermetilación del promotor WRN (con pérdida de expresión de la proteína WRN) es un evento común en la tumorigénesis. [13] El promotor del gen WRN está hipermetilado en aproximadamente el 38% de los cánceres colorrectales y los carcinomas de pulmón de células no pequeñas y en aproximadamente el 20% de los cánceres de estómago , de próstata , de mama , linfomas no Hodgkin y condrosarcomas , más en niveles significativos en los otros cánceres evaluados. La proteína helicasa WRN es importante en la reparación del ADN recombinacional homólogo y también tiene funciones en la reparación del ADN de unión de extremos no homólogos y la reparación del ADN por escisión de bases . [14]
Los inhibidores de la topoisomerasa se utilizan con frecuencia como quimioterapia para diferentes cánceres, aunque causan supresión de la médula ósea, son cardiotóxicos y tienen una eficacia variable. [15] Se realizó un estudio retrospectivo de 2006, con un seguimiento clínico prolongado, de pacientes con cáncer de colon tratados con el inhibidor de la topoisomerasa irinotecán . En este estudio, 45 pacientes tenían promotores del gen WRN hipermetilados y 43 pacientes tenían promotores del gen WRN no metilados . [13] El irinitecán fue más beneficioso para los pacientes con promotores de WRN hipermetilados (39,4 meses de supervivencia) que para aquellos con promotores de WRN no metilados (20,7 meses de supervivencia). Por tanto, un inhibidor de la topoisomerasa pareció ser sintéticamente letal con una expresión deficiente de WRN . Otras evaluaciones también han indicado la letalidad sintética de la expresión deficiente de WRN y los inhibidores de la topoisomerasa. [16] [17] [18] [19] [20]
Letalidad sintética del inhibidor de PARP1 clínico y preclínico
Según lo revisado por Murata et al., [21] cinco inhibidores de PARP1 diferentes se están sometiendo ahora a ensayos clínicos de fase I, II y III para determinar si determinados inhibidores de PARP1 son sintéticamente letales en una gran variedad de cánceres, incluidos los de próstata y páncreas. , tumores de pulmón de células no pequeñas, linfoma, mieloma múltiple y sarcoma de Ewing. Además, en estudios preclínicos que utilizan células en cultivo o dentro de ratones, los inhibidores de PARP1 se están probando para determinar la letalidad sintética contra deficiencias epigenéticas y mutacionales en aproximadamente 20 defectos de reparación del ADN más allá de las deficiencias de BRCA1 / 2. Estos incluyen deficiencias en PALB2 , FANCD2 , RAD51 , ATM , MRE11 , p53 , XRCC1 y LSD1 .
Letalidad sintética preclínica de ARID1A
ARID1A , un modificador de cromatina, es necesario para la unión de extremos no homólogos , una vía importante que repara las roturas de doble hebra en el ADN, [22] y también tiene funciones reguladoras de la transcripción. [23] Las mutaciones ARID1A son una de las 12 mutaciones cancerígenas más comunes. [24] Se ha encontrado mutación o expresión disminuida epigenéticamente [25] de ARID1A en 17 tipos de cáncer. [26] Los estudios preclínicos en células y en ratones muestran que la letalidad sintética para la expresión deficiente de ARID1A ocurre por inhibición de la actividad metiltransferasa de EZH2, [27] [28] por inhibición de la quinasa ATR de reparación del ADN, [29] o por exposición al inhibidor de la cinasa dasatinib. [30]
Letalidad sintética preclínica RAD52
Hay dos vías para la reparación recombinacional homóloga de roturas de doble hebra. La vía principal depende de BRCA1 , PALB2 y BRCA2, mientras que una vía alternativa depende de RAD52. [31] Los estudios preclínicos, que involucran células deficientes en BRCA mutadas o reducidas epigenéticamente (en cultivo o inyectadas en ratones), muestran que la inhibición de RAD52 es sintéticamente letal con la deficiencia de BRCA . [32]
Efectos secundarios
Aunque los tratamientos que utilizan letalidad sintética pueden detener o ralentizar la progresión de los cánceres y prolongar la supervivencia, cada uno de los tratamientos letales sintéticos tiene algunos efectos secundarios adversos. Por ejemplo, más del 20% de los pacientes tratados con un inhibidor de PD-1 experimentan fatiga, erupción cutánea, prurito , tos, diarrea, disminución del apetito, estreñimiento o artralgia . [33] Por lo tanto, es importante determinar qué deficiencia de DDR está presente, de modo que solo se pueda aplicar un tratamiento letal sintético eficaz y no someter innecesariamente a los pacientes a efectos secundarios adversos sin un beneficio directo.
Ver también
- Matriz genética sintética
- Rescate sintético
Referencias
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enlaces externos
- Repositorio de datos de interacciones genéticas de levaduras
- Proyecto de deleción del genoma de Saccharomyces
- Base de datos Syn-Lethality