Transición epitelial-mesenquimal - Epithelial–mesenchymal transition
| Transición epitelio-mesenquimal | |
|---|---|
 Diagrama que muestra la transición epitelio-mesenquimatosa
| |
| Detalles | |
| Precursor | endodermo |
| Identificadores | |
| Malla | D058750 |
| Terminología anatómica | |
La transición epitelio-mesenquimatosa ( EMT ) es un proceso por el cual las células epiteliales pierden su polaridad celular y su adhesión célula-célula, y adquieren propiedades migratorias e invasivas para convertirse en células madre mesenquimales ; estas son células estromales multipotentes que pueden diferenciarse en una variedad de tipos de células. La EMT es esencial para numerosos procesos de desarrollo, incluida la formación del mesodermo y la formación del tubo neural . También se ha demostrado que la EMT ocurre en la cicatrización de heridas , en la fibrosis de órganos y en el inicio de la metástasis en la progresión del cáncer.
Introducción
La transición epitelial-mesenquimal fue reconocida por primera vez como una característica de la embriogénesis por Betty Hay en la década de 1980. La EMT y su proceso inverso, MET ( transición mesenquimal-epitelial ) son fundamentales para el desarrollo de muchos tejidos y órganos en el embrión en desarrollo, y numerosos eventos embrionarios como gastrulación , formación de crestas neurales , formación de válvulas cardíacas , desarrollo del paladar secundario y miogénesis. . Las células epiteliales y mesenquimales difieren tanto en el fenotipo como en la función, aunque ambas comparten una plasticidad inherente. Las células epiteliales están estrechamente conectadas entre sí por uniones estrechas , uniones gap y uniones adherentes , tienen una polaridad apico-basal , polarización del citoesqueleto de actina y están unidas por una lámina basal en su superficie basal. Las células mesenquimales, por otro lado, carecen de esta polarización, tienen una morfología en forma de huso e interactúan entre sí solo a través de puntos focales. Las células epiteliales expresan niveles elevados de E-cadherina , mientras que las células mesenquimales expresan los de N-cadherina , fibronectina y vimentina . Por lo tanto, EMT implica profundos cambios morfológicos y fenotípicos en una célula.
Según el contexto biológico, la EMT se ha categorizado en 3 tipos: desarrollo (tipo I), fibrosis y cicatrización de heridas (tipo II) y cáncer (tipo III).
Inductores
La pérdida de E-cadherina se considera un evento fundamental en EMT. Muchos factores de transcripción (TF) que pueden reprimir E-cadherina directa o indirectamente pueden considerarse como EMT-TF (TF inductores de EMT). Snai1 / Snail 1, SNAI2 / Snail 2 (también conocido como Slug), ZEB1 , ZEB2 , TCF3 y klf8 (Kruppel-como factor de 8) puede unirse al promotor de E-cadherina y reprimir su transcripción, mientras que los factores tales como la torcedura , goosecoid , TCF4 (también conocido como E2.2), la proteína homeobox SIX1 y FOXC2 (proteína C2 de la caja de la horquilla) reprimen la E-cadherina indirectamente. Los factores SNAIL y ZEB se unen a las secuencias consenso de la caja E en la región promotora, mientras que KLF8 se une al promotor a través de las cajas GT. Estos EMT-TF no solo reprimen directamente E-cadherina, sino que también reprimen transcripcionalmente otras proteínas de unión, incluidas las claudinas y los desmosomas , lo que facilita la EMT. Por otro lado, los factores de transcripción como el homólogo de la proteína tipo cabeza granulada 2 (GRHL2) y los factores de transcripción relacionados con ETS ELF3 y ELF5 se regulan negativamente durante la EMT y se encuentra que impulsan activamente MET cuando se sobreexpresan en células mesenquimales. Dado que la EMT en la progresión del cáncer recupera a la EMT en los programas de desarrollo, muchos de los EMT-TF están involucrados en la promoción de eventos metastásicos.
Varias vías de señalización ( TGF-β , FGF , EGF , HGF , Wnt / beta-catenina y Notch ) y la hipoxia pueden inducir EMT. En particular, se ha demostrado que Ras- MAPK activa Snail y Slug. Slug desencadena los pasos de disrupción desmosómica , propagación celular y separación parcial en los bordes célula-célula, que comprenden la primera y necesaria fase del proceso EMT. Por otro lado, Slug no puede desencadenar la segunda fase, que incluye la inducción de la motilidad celular, la represión de la expresión de citoqueratina y la activación de la expresión de vimentina . Se sabe que Snail y Slug regulan la expresión de las isoformas p63 , otro factor de transcripción necesario para el desarrollo adecuado de las estructuras epiteliales. La expresión alterada de las isoformas de p63 redujo la adhesión célula-célula y aumentó las propiedades migratorias de las células cancerosas. El factor p63 está involucrado en la inhibición de la EMT y la reducción de ciertas isoformas de p63 puede ser importante en el desarrollo de cánceres epiteliales. Se sabe que algunos de ellos regulan la expresión de citoqueratinas . La fosfatidilinositol 3 'quinasa (PI3K) / eje AKT, la vía de señalización de Hedgehog , el factor nuclear kappaB y el factor de transcripción activador 2 también se han implicado en la EMT.
La vía de señalización Wnt regula la EMT en la gastrulación, la formación de válvulas cardíacas y el cáncer. La activación de la vía Wnt en las células de cáncer de mama induce al regulador EMT SNAIL y regula al alza el marcador mesenquimal, vimentina . Además, la vía activa de Wnt / beta-catenina se correlaciona con un mal pronóstico en pacientes con cáncer de mama en la clínica. De manera similar, TGF-β activa la expresión de CARACOL y ZEB para regular la EMT en el desarrollo cardíaco, la palatogénesis y el cáncer. La metástasis ósea del cáncer de mama ha activado la señalización de TGF-β, lo que contribuye a la formación de estas lesiones. Sin embargo, por otro lado, p53 , un conocido supresor de tumores, reprime la EMT activando la expresión de varios microARN , miR-200 y miR-34, que inhiben la producción de proteína ZEB y CARACOL, y así mantienen el fenotipo epitelial.
En desarrollo y cicatrización de heridas.
Después de la etapa inicial de embriogénesis, la implantación del embrión y el inicio de la formación de la placenta están asociados con la EMT. Las células del trofoectodermo se someten a EMT para facilitar la invasión del endometrio y la colocación adecuada de la placenta, lo que permite el intercambio de nutrientes y gases con el embrión. Más adelante en la embriogénesis, durante la gastrulación, la EMT permite que las células ingresen en un área específica del embrión: la línea primitiva en los amniotas y el surco ventral en Drosophila . Las células de este tejido expresan E-cadherina y polaridad apical-basal. Dado que la gastrulación es un proceso muy rápido, la E-cadherina es reprimida transcripcionalmente por Twist y SNAI1 (comúnmente llamado Snail ), y a nivel de proteína por la proteína de interacción P38. La racha primitiva, a través de la invaginación, genera más mesoendodermo, que se separa para formar un mesodermo y un endodermo, nuevamente a través de EMT. Las células mesenquimales de la línea primitiva participan también en la formación de muchos órganos epiteliales mesodérmicos, como notocorda y somitas, a través del reverso de la EMT, es decir , la transición mesenquimatosa-epitelial . Amphioxus forma un tubo neural epitelial y notocorda dorsal, pero no tiene el potencial EMT de la línea primitiva . En los cordados superiores, el mesénquima se origina a partir de la racha primitiva, migra hacia delante para formar los somitas y participar con el mesénquima de la cresta neural en la formación del mesodermo del corazón.
En los vertebrados, el epitelio y el mesénquima son los fenotipos básicos del tejido. Durante el desarrollo embrionario, las células de la cresta neural migratorias son generadas por EMT que involucra las células epiteliales del neuroectodermo. Como resultado, estas células se disocian de los pliegues neurales, ganan movilidad y se diseminan a varias partes del embrión, donde se diferencian a muchos otros tipos de células. Además, el mesénquima de la cresta craneofacial que forma el tejido conectivo que forma la cabeza y la cara, está formado por el epitelio del tubo neural por EMT. La EMT tiene lugar durante la construcción de la columna vertebral a partir de la matriz extracelular , que será sintetizada por fibroblastos y osteoblastos que rodean el tubo neural. La principal fuente de estas células son el esclerotomo y el mesénquima somita , así como la veta primitiva . La morfología mesenquimatosa permite que las células viajen a objetivos específicos en el embrión, donde se diferencian y / o inducen la diferenciación de otras células.
Durante la cicatrización de la herida, los queratinocitos en el borde de la herida se someten a EMT y se someten a reepitelización o MET cuando la herida está cerrada. La expresión de Snail2 en el frente migratorio influye en este estado, ya que su sobreexpresión acelera la cicatrización de heridas. De manera similar, en cada ciclo menstrual, el epitelio de la superficie del ovario se somete a EMT durante la cicatrización de la herida post-ovulatoria.
En la progresión y metástasis del cáncer
El inicio de la metástasis requiere invasión, que es habilitada por EMT. Las células de carcinoma en un tumor primario pierden la adhesión célula-célula mediada por la represión de E-cadherina y atraviesan la membrana basal con mayores propiedades invasivas, y entran al torrente sanguíneo a través de la intravasación . Más tarde, cuando estas células tumorales circulantes (CTC) salen del torrente sanguíneo para formar micro-metástasis, se someten a MET para el crecimiento clonal en estos sitios metastásicos. Por tanto, EMT y MET forman el inicio y la finalización de la cascada de invasión-metástasis. En este nuevo sitio metastásico, el tumor puede sufrir otros procesos para optimizar el crecimiento. Por ejemplo, EMT se ha asociado con la expresión de PD-L1 , particularmente en cáncer de pulmón. Los niveles elevados de PD-L1 inhiben el sistema inmunológico, lo que permite que el cáncer se propague más fácilmente.
EMT confiere resistencia a la senescencia prematura inducida por oncogenes . Twist1 y Twist2, así como ZEB1, protegen las células humanas y los fibroblastos embrionarios de ratón de la senescencia. De manera similar, TGF-β puede promover la invasión tumoral y la evasión de la vigilancia inmunitaria en etapas avanzadas. Cuando TGF-β actúa sobre células epiteliales mamarias que expresan Ras activadas, se favorece la EMT y se inhibe la apoptosis. Este efecto puede revertirse mediante inductores de diferenciación epitelial, como GATA-3.
Se ha demostrado que la EMT es inducida por la terapia de privación de andrógenos en el cáncer de próstata metastásico . La activación de los programas de EMT a través de la inhibición del eje de los andrógenos proporciona un mecanismo por el cual las células tumorales pueden adaptarse para promover la recurrencia y la progresión de la enfermedad. Brachyury , Axl , MEK y Aurora kinase A son impulsores moleculares de estos programas, y los inhibidores se encuentran actualmente en ensayos clínicos para determinar aplicaciones terapéuticas. La PKC-iota oncogénica puede promover la invasión de células de melanoma activando Vimentina durante la EMT. La inhibición o desactivación de PKC-iota dio como resultado un aumento de los niveles de E-cadherina y RhoA mientras que disminuyó la Vimentina total, la Vimentina fosforilada (S39) y la Par6 en las células de melanoma metastásico. Estos resultados sugirieron que PKC-ι está involucrado en las vías de señalización que regulan positivamente la EMT en el melanoma.
Se ha indicado que EMT participa en la adquisición de resistencia a los medicamentos. Se encontró que la ganancia de marcadores EMT estaba asociada con la resistencia de las líneas de células epiteliales de carcinoma de ovario al paclitaxel. De manera similar, SNAIL también confiere resistencia a paclitaxel, adriamicina y radioterapia al inhibir la apoptosis mediada por p53. Además, recientemente se demostró que la inflamación, que se ha asociado con la progresión del cáncer y la fibrosis, está relacionada con el cáncer a través de la EMT inducida por inflamación. En consecuencia, la EMT permite que las células adquieran un fenotipo migratorio, además de inducir múltiples mecanismos de inmunosupresión, resistencia a fármacos y evasión de la apoptosis.
Alguna evidencia sugiere que las células que se someten a EMT adquieren propiedades similares a las de las células madre, lo que da lugar a células madre cancerosas (CSC). Tras la transfección por Ras activado, una subpoblación de células que exhiben los supuestos marcadores de células madre CD44high / CD24low aumenta con la inducción concomitante de EMT. Además, ZEB1 es capaz de conferir propiedades similares a las de las células madre, fortaleciendo así la relación entre EMT y la madre. Por lo tanto, la EMT puede presentar un mayor peligro para los pacientes con cáncer, ya que la EMT no solo permite que las células del carcinoma ingresen al torrente sanguíneo, sino que también las dota de propiedades de tallo que aumentan el potencial tumorigénico y proliferativo.
Sin embargo, estudios recientes han desplazado aún más los efectos primarios de la EMT desde la invasión y la metástasis hacia la resistencia a los agentes quimioterapéuticos. La investigación sobre el cáncer de mama y el cáncer de páncreas no demostró ninguna diferencia en el potencial metastásico de las células tras la adquisición de EMT. Estos están de acuerdo con otro estudio que muestra que el factor de transcripción EMT TWIST en realidad requiere uniones adherentes intactas para mediar la invasión local en el cáncer de mama. Por tanto, los efectos de la EMT y su relación con la invasión y la metástasis pueden ser muy específicos del contexto.
En las líneas celulares de carcinoma urotelial, la sobreexpresión de HDAC5 inhibe la proliferación a largo plazo, pero puede promover la transición epitelial a mesenquimatosa (EMT).
Plaquetas en cáncer EMT
Las plaquetas en la sangre tienen la capacidad de iniciar la inducción de EMT en las células cancerosas. Cuando las plaquetas se reclutan en un sitio en el vaso sanguíneo, pueden liberar una variedad de factores de crecimiento ( PDGF , VEGF , angiopoyetina-1 ) y citocinas, incluido el inductor de EMT TGF-β. La liberación de TGF-β por las plaquetas en los vasos sanguíneos cerca de los tumores primarios aumenta la capacidad de invasión y promueve la metástasis de las células cancerosas en el tumor. Los estudios que analizan plaquetas defectuosas y recuentos plaquetarios reducidos en modelos de ratón han demostrado que la función plaquetaria deteriorada se asocia con una formación metastásica disminuida. En los seres humanos, el recuento de plaquetas y la trombocitosis dentro del límite superior del rango normal se han asociado con cáncer en estadio avanzado, a menudo metastásico, en cáncer de cuello uterino, cáncer de ovario, cáncer gástrico y cáncer de esófago. Aunque se ha aplicado una gran cantidad de investigación para estudiar las interacciones entre las células tumorales y las plaquetas, aún no se ha establecido una terapia contra el cáncer dirigida a esta interacción. Esto puede deberse en parte a la redundancia de vías protrombóticas que requerirían el uso de múltiples enfoques terapéuticos para prevenir eventos pro-metastásicos a través de la inducción de EMT en células cancerosas por plaquetas activadas.
Para mejorar las posibilidades de que se desarrolle una metástasis de cáncer, una célula cancerosa debe evitar ser detectada y dirigida por el sistema inmunológico una vez que ingresa al torrente sanguíneo. Las plaquetas activadas tienen la capacidad de unirse a glicoproteínas y glicolípidos ( ligandos de selectina P como PSGL-1 ) en la superficie de las células cancerosas para formar una barrera física que protege a la célula cancerosa de la lisis mediada por células asesinas naturales en el torrente sanguíneo. Además, las plaquetas activadas promueven la adhesión de las células cancerosas a las células endoteliales activadas que recubren los vasos sanguíneos utilizando moléculas de adhesión presentes en las plaquetas. Los ligandos de P-selectina en la superficie de las células cancerosas quedan por dilucidar y pueden servir como biomarcadores potenciales para la progresión de la enfermedad en el cáncer.
Terapias dirigidas contra el cáncer EMT
Muchos estudios han propuesto que la inducción de EMT es el mecanismo principal por el cual las células cancerosas epiteliales adquieren fenotipos malignos que promueven la metástasis. El desarrollo de fármacos dirigidos a la activación de EMT en células cancerosas se ha convertido, por tanto, en un objetivo de las empresas farmacéuticas.
Inhibidores de moléculas pequeñas
Se están desarrollando pequeñas moléculas que pueden inhibir la EMT inducida por TGF-β. Silmitasertib (CX-4945) es un inhibidor de molécula pequeña de la proteína quinasa CK2, que ha sido respaldado por estar vinculado con la EMT inducida por TGF-β, y actualmente se encuentra en ensayos clínicos para colangiocarcinoma (cáncer de vías biliares), así como en desarrollo preclínico. para neoplasias hematológicas y linfoides. En enero de 2017, la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. Le otorgó a silmitasertib el estado de fármaco huérfano para el colangiocarcinoma y actualmente se encuentra en un estudio de fase II . Silmitasertib está siendo desarrollado por Senhwa Biosciences. Otro inhibidor de molécula pequeña, Galunisertib (LY2157299) es un potente inhibidor de la quinasa del receptor de TGF-β tipo I que se demostró que reduce el tamaño, la tasa de crecimiento de los tumores y el potencial de formación de tumores en líneas celulares de cáncer de mama triple negativo utilizando xenoinjertos de ratón . Galunisertib está siendo desarrollado actualmente por Lilly Oncology y se encuentra en ensayos clínicos de fase I / II para carcinoma hepatocelular, cáncer de páncreas irresecable y glioma maligno. Se sugiere que los inhibidores de molécula pequeña de EMT no actúan como un reemplazo de los agentes quimioterapéuticos tradicionales, pero es probable que muestren la mayor eficacia en el tratamiento de cánceres cuando se usan junto con ellos.
Los antagonistas y los imitadores de microARN han ganado interés como una fuente potencial de terapias para atacar la metástasis inducida por EMT en el cáncer, así como para tratar muchas otras enfermedades. Los antagonistas se desarrollaron por primera vez para apuntar a miR-122 , un microARN que era abundante y específico del hígado, y este descubrimiento ha llevado al desarrollo de otros antagonistas que pueden emparejarse con microARN específicos presentes en el microambiente tumoral o en las células cancerosas. Se descubrió que un microARN imitador de miR-655 suprime la EMT a través de la orientación del factor de transcripción inductor de EMT ZEB1 y el receptor 2 de TGF-β en una línea celular de cáncer de páncreas. La sobreexpresión del imitador de miR-655 en la línea celular de cáncer Panc1 aumentó la expresión de E-cadherina y suprimió la migración e invasión de células cancerosas de tipo mesenquimatoso. El uso de imitadores de microARN para suprimir la EMT se ha expandido a otras líneas de células cancerosas y tiene potencial para el desarrollo de fármacos clínicos. Sin embargo, los imitadores y antagonistas de microARN adolecen de una falta de estabilidad in vivo y carecen de un sistema de administración preciso para dirigir estas moléculas a las células o tejidos tumorales para su tratamiento. Las mejoras en antagomir y microARN imitan la estabilidad a través de modificaciones químicas como los oligonucleótidos de ácido nucleico bloqueado (LNA) o los ácidos nucleicos peptídicos (PNA) pueden prevenir la rápida eliminación de estas pequeñas moléculas por las ARNasas . La administración de antagonistas y microARN imitadores en las células al encerrar estas moléculas en nanopartículas de liposomas ha generado interés, sin embargo, las estructuras de los liposomas adolecen de sus propios inconvenientes que deberán superarse para su uso eficaz como mecanismo de administración de fármacos. Estos inconvenientes de las nanopartículas de liposomas incluyen la captación inespecífica por las células y la inducción de respuestas inmunes. El papel que juegan los microARN en el desarrollo del cáncer y la metástasis está bajo mucha investigación científica y aún no se ha demostrado si los imitadores de microARN o los antagonistas pueden servir como tratamientos clínicos estándar para suprimir EMT o microARN oncogénicos en cánceres.
Generación de células progenitoras endocrinas a partir de islotes pancreáticos.
Similar a la generación de células madre cancerosas, se demostró que la EMT genera células progenitoras endocrinas a partir de islotes pancreáticos humanos . Inicialmente, se propuso que las células progenitoras derivadas de islotes humanos (hIPC) fueran mejores precursoras ya que la progenie de células β en estas hIPC hereda marcas epigenéticas que definen una región promotora de insulina activa. Sin embargo, más tarde, otro conjunto de experimentos sugirió que las células β marcadas se desdiferencian a un fenotipo de tipo mesenquimatoso in vitro , pero no proliferan; iniciando así un debate en 2007.
Dado que estos estudios en islotes humanos carecían de análisis de rastreo de linaje, estos hallazgos de células beta etiquetadas irreversiblemente en ratones se extrapolaron a islotes humanos. Por lo tanto, utilizando un sistema de rastreo de linaje lentivírico y genético dual para marcar las células β, se demostró de manera convincente que las células β de los islotes humanos adultos se someten a EMT y proliferan in vitro . Además, estos hallazgos se confirmaron en células productoras de insulina pancreáticas fetales humanas, y las células mesenquimales derivadas de los islotes pancreáticos pueden experimentar lo contrario de EMT - MET - para generar agregados de células similares a islotes. Por lo tanto, el concepto de generar progenitores a partir de células productoras de insulina mediante EMT o la generación de células madre cancerosas durante la EMT en el cáncer puede tener potencial para la terapia de reemplazo en la diabetes y requiere fármacos dirigidos a la inhibición de la EMT en el cáncer.
EMT parcial o un fenotipo E / M híbrido
No todas las células se someten a una EMT completa, es decir, pierden su adhesión célula a célula y obtienen características de migración solitaria. En cambio, la mayoría de las células se someten a EMT parcial, un estado en el que conservan algunos rasgos epiteliales, como la adhesión célula-célula o la polaridad apico-basal, y adquieren rasgos migratorios, por lo que las células de este fenotipo híbrido epitelial / mesenquimal (E / M) están dotadas de con propiedades especiales como la migración celular colectiva. Se han propuesto dos modelos matemáticos, intentando explicar la aparición de este fenotipo híbrido E / M, y es muy probable que diferentes líneas celulares adopten diferentes estados híbridos, como lo demuestran los experimentos en las líneas celulares MCF10A, HMLE y H1975. Aunque un estado híbrido E / M se ha denominado "metaestable" o transitorio, experimentos recientes en células H1975 sugieren que las células pueden mantener este estado de forma estable.