El trabajo reciente de varios grupos ha fortalecido los vínculos funcionales en constante expansión entre la respuesta al daño del ADN (DDR) y la ciliogénesis. Dado que tanto la RDA como la ciliogénesis primaria son mecanismos de respuesta al estrés que están inextricablemente vinculados al ciclo celular (ver más abajo), entonces estos hallazgos quizás no sean demasiado inesperados en el contexto de su función biológica. Además, los centriolos, que pueden ayudar a gobernar la estabilidad del genoma en células proliferantes a través de una correcta organización de los microtúbulos y una segregación cromosómica precisa, también forman el cuerpo basal de los cilios primarios dentro de las células quiescentes. Sin embargo, los defectos en los factores de estabilidad de DDR/genoma se asocian tradicionalmente con síndromes hereditarios de enfermedades predisponentes al cáncer, mientras que los pacientes con ciliopatías no tienen un mayor riesgo de desarrollo de cáncer. Esto hace que los hallazgos recientes de que las mutaciones en algunas proteínas DDR son causales para un subconjunto de ciliopatías humanas sean aún más intrigantes. Por lo tanto, en las secciones siguientes se ofrece una breve descripción de los vínculos genéticos y funcionales recientemente descubiertos entre la RDA y la ciliogénesis. Destacamos proteínas clave identificadas hasta la fecha que tienen roles duales en estos procesos biológicos.
La respuesta al daño del ADN y la estabilidad del genoma
El ADN dentro de las células se daña diariamente tanto de fuentes exógenas, por ejemplo, radiación UV del sol o carcinógenos en el humo del tabaco, como de fuentes endógenas, por ejemplo. subproductos metabólicos, errores introducidos durante la replicación del ADN o defectos de segregación cromosómica durante la mitosis . Con el fin de mantener la integridad genómica y minimizar la acumulación de lesiones potencialmente pro-mutágenas en el genoma, se han desarrollado mecanismos moleculares sofisticados para resolver las numerosas lesiones diarias que pueden ocurrir dentro de una célula, por ejemplo, roturas de ADN (de cadena simple y doble), daños en la base y el azúcar de la columna vertebral del ADN, enlaces cruzados de ADN y proteínas del ADN, desajustes de pares de bases incorporadas durante la replicación del ADN y lesiones de alquilación en varios sitios del ADN . Estos procesos implican conjuntos altamente especializados de proteínas y vías que median en la detección y reparación de lesiones específicas, pero a menudo poseen funciones superpuestas entre las muchas vías de reparación de ADN diferentes . La detección y posterior reparación del daño al ADN se coordinan con el ciclo celular a través de una serie de complejos mecanismos reguladores y de retroalimentación conocidos colectivamente como puntos de control del ciclo celular . Estos puntos de control se pueden activar en varias etapas del proceso del ciclo celular para permitir que las lesiones de ADN se resuelvan antes de avanzar a la siguiente etapa del ciclo celular . Esto es vital para mantener la integridad de la secuencia del genoma, ya que el fracaso en llevar a cabo estos procesos puede conducir a lesiones pro-mutagénicas potenciales que se «fijan» durante la replicación y se transmiten a las células hijas durante la segregación mitótica de los cromosomas . Si el daño al genoma está más allá de la capacidad de una célula para repararlo adecuadamente, se activan mecanismos de muerte celular que actúan como un mecanismo de seguridad final para evitar la propagación y el paso de lesiones potencialmente pro-mutagénicas a las células hijas . El término colectivo para la detección y posterior reparación de lesiones de ADN potencialmente pro mutagénicas es la» respuesta al daño del ADN » (DDR), que, junto con los mecanismos proapoptóticos, actúa como una barrera crítica para el desarrollo del cáncer . La importancia de un DDR intacto en la lucha contra la tumorigenesis tal vez se demuestre mejor en los numerosos síndromes de enfermedades humanas predisponentes al cáncer que son consecuencia de mutaciones subyacentes en los factores de DDR . Además, está bien establecido que hay un mayor riesgo de cáncer de mama o colorrectal en individuos con mutaciones en factores específicos de DDR, por ejemplo, BRCA1/2 y MSH2, MSH6, etc. . Las mutaciones en genes que codifican una gran cantidad de factores de DDR también pueden conducir a una variedad de otros trastornos hereditarios o esporádicos humanos con varios fenotipos clínicos superpuestos . El rasgo clínico superpuesto más común asociado con mutaciones en tales factores es la microcefalia congénita, potencialmente debida a defectos en la neurogénesis durante el desarrollo del embrión . La rápida expansión celular que tiene lugar durante este proceso es susceptible al daño del ADN , y también requiere una división celular asimétrica precisa. Como tal, se ha demostrado que las mutaciones en proteínas que tienen funciones importantes en la replicación del ADN, la reparación del ADN, el mantenimiento del centrosoma, la regulación de los microtúbulos y la mitosis son causales de varios trastornos microcefálicos humanos (consulte la Tabla 1 para ver algunos ejemplos).
Factores DDR y centrosomas
El centrosoma actúa como el sitio principal de nucleación y organización de microtúbulos en células interfásicas y mitóticas, y forma la base del cuerpo basal durante la ciliogénesis (ver más abajo). Consiste en dos estructuras ortogonalmente posicionadas, de forma cilíndrica conocidas como centriolos, que están rodeadas por una matriz densa de electrones denominada material pericentriolar (PCM) y actúa como un andamio organizado que facilita el reclutamiento de proteínas al centrosoma. Asociadas con el PCM hay numerosas partículas denominadas satélites centriolares, que contienen muchos componentes del PCM y otras proteínas centrosomales . La formación, maduración y duplicación de los centrosomas se regulan al unísono con el ciclo celular . Como tal, defectos en la progresión del ciclo celular, p. ej. tras la inducción de daños en el ADN, puede provocar cambios en la composición y arquitectura de los satélites centriolares y dar lugar a errores de duplicación de centrosomas . Como la duplicación de centrosomas ocurre durante las fases G1 / S del ciclo celular, las células que experimentan daño persistente en el ADN y activación de puntos de control y / o estrés de replicación que prolonga el tiempo pasado dentro de la fase S, pueden dar lugar a una duplicación anormal de centrosomas llamada centrosomas supernumerarios . Además, recientemente se demostró que algunos satélites centriolares forman un interactoma junto con proteínas centrosomales para promover la actividad de CDK2 y la duplicación centriolar eficiente .
Dadas las importantes funciones del centrosoma dentro de la célula y la superposición funcional con DDR (véase más arriba), tal vez no sea demasiado sorprendente que los defectos en los factores asociados al centrosoma que funcionan en los procesos de DDR den lugar a una serie de trastornos hereditarios humanos que incluyen varios trastornos microcefálicos y ciliopatías (Tabla 1). Esto incluye ejemplos de superposición clinicopatológica entre pacientes con ciliopatía y microcefalia , así como mutaciones en la proteína reguladora de microtúbulos CENPF que están asociadas con trastornos de la ciliopatía y la microcefalia . Además, existe una conexión de larga data entre los centrosomas supernumerarios, la inestabilidad del genoma y el desarrollo y/o progresión del cáncer, ya que los centrosomas supernumerarios son un sello distintivo común de las células cancerosas . Una consecuencia funcional del número anormal de centrosomas en el contexto del cáncer se destacó recientemente con la demostración de que la amplificación de centrosomas puede conducir a cambios en la adhesión celular que pueden ayudar a impulsar los fenotipos invasivos asociados con las células cancerosas metastásicas . Sin embargo, es interesante observar que, incluso dado el doble papel de muchas proteínas asociadas al centrosoma dentro de la ciliogénesis (Tabla 1), y que las vías de señalización asociadas a los cilios a menudo están desreguladas en los cánceres, no existe una asociación manifiesta entre la ciliopatía y el riesgo de cáncer (se analiza a continuación).
Los enlaces funcionales entre el DDR y los centrosomas se han inferido previamente por la localización centrosomal de varios factores DDR, incluidas las proteínas de reparación del ADN BRCA1, BRCA2, PARP1 y NBS1; las quinasas de señalización DDR ATM, CHK1 y CHK2; y el punto de control del ciclo celular y el regulador transcripcional TP53 . Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la reactividad cruzada de anticuerpos en estos estudios no puede excluirse sin una validación completa del reactivo . Ideas mecanicistas más convincentes sobre la función biológica provienen de la observación de que la ubiquitina ligasa E3 BRCA1 ubiquitila gamma-tubulina en los centrosomas, lo que es importante para restringir la sobre-duplicación de centrosomas durante las fases S y G2 del ciclo celular que, a su vez, está regulada por NBS1 y la quinasa ATR asociada a DDR aguas arriba . Inicialmente se informó que la quinasa efectora DDR CHK1 también se localizó en el centrosoma, pero posteriormente se determinó que era a través de una interacción inespecífica del anticuerpo CHK1 que reaccionaba de forma cruzada con la proteína centrosómica CCDC151 . Por lo tanto, actualmente no está claro cómo CHK1 puede contribuir al mecanismo de amplificación del centrosoma por las funciones NBS1 y BRCA1, que son capaces de activar CHK1 en respuesta al daño del ADN y/o al estrés de replicación . Sin embargo , la función CHK1 ha demostrado ser importante para regular la expansión del PCM, un proceso que ha demostrado afectar el crecimiento de centriolas hijas . Además, CHK1 junto con la proteína centrosomal MCPH1 (Tabla 1) pueden controlar la entrada mitótica . Curiosamente, los cambios en la expresión de MCPH1 se han asociado con el grado de cáncer de mama y de ovario, lo que puede ser una consecuencia del aumento de la división celular en tumores de grado superior . Por lo tanto, los cambios en la duplicación de centriolos en la fase S debido a la expansión de la PCM o al tiempo inadecuado del ciclo celular podrían ser mecanismos por los cuales las alteraciones en la función de CHK1 podrían afectar la integridad del centrosoma, aunque es evidente que se necesitan más estudios para abordar estos problemas.
Las interacciones entre las proteínas asociadas al centrosoma y las proteínas DDR también pueden ocurrir en respuesta al estrés exógeno. Por ejemplo, la proteína centrosomal y promotora de la ciliogénesis CEP164 (Tabla 1) es fosforilada por las quinasas ATM y ATR asociadas a DDR en respuesta a varias tensiones genotóxicas donde ayuda a establecer un punto de control de daños G2/M y a regular los procesos de división celular . También se ha demostrado que el CEP164 se reubica en sitios de daño inducido por los rayos UV, y es necesario para una respuesta celular eficiente al daño del ADN inducido por los rayos UV . Sin embargo, actualmente no está claro si se trata de una respuesta específica a la radiación UV, o una respuesta más general a lesiones que bloquean la replicación y/o inducción de vías de señalización de estrés mediadas por p38. Es interesante observar que el factor centriolar central 2 tiene tanto localización centriolar como un componente nuclear importante. Este último responde funcionalmente al daño del ADN inducido por los rayos UV e interactúa físicamente con XPC para promover la reparación eficiente de las lesiones del ADN inducidas por los rayos UV . Estudios recientes sugieren que la ATM también puede actuar como una proteína cinasa versátil durante los procesos de señalización citoplasmática, y por lo tanto, la ATM puede tener un papel ciliar «DDR no canónico» que mantiene la estabilidad del genoma y media las respuestas celulares a varios otros estreses celulares. De hecho, hay una serie de proteínas asociadas a centrosomas que son sustratos in vivo conocidos o predichos de las quinasas ATM, ATR y PKcs de ADN asociadas a DDR, que incluyen proteínas centrosómicas y ciliar como la nineína, PCM1 e INPP5E . Otro ejemplo de proteína centrosómica que es un sustrato directo de las quinasas DDR es CEP63 (Tabla 1), que es fosforilada por ATM y ATR para promover el ensamblaje del huso mitótico , y se ha demostrado que regula la duplicación de centriolos , potencialmente a través de la actividad de CDK centrosómica . Sin embargo, a diferencia de CEP164, todavía no se ha dilucidado un papel directo de CEP63 en la respuesta celular al daño del ADN. Además, aunque no es una cinasa DDR directamente asociada, la cinasa Aurora A regula la entrada y salida mitótica, así como el desmontaje de cilio . Uno de los sustratos de Aurora A es la quinasa mitótica PLK1, que también puede promover el desmontaje de los cilios y se ha demostrado que funciona en la recuperación de puntos de control del ciclo celular después del daño al ADN . De acuerdo con estos hallazgos, el trabajo de varios grupos vincula el APC, que coordina la progresión mitótica en respuesta al daño del ADN y el estrés de replicación, con la ciliogénesis . Por último, recientemente hemos demostrado que algunas proteínas satélite centriolares tienen un doble papel en la promoción de la ciliogénesis y en la prevención de la acumulación de daño en el ADN dentro de la célula .
Los ejemplos resaltados aquí (ver Tabla 1 para ejemplos adicionales) demuestran interacciones físicas y funcionales entre proteínas centrosomales DDR, muchas de las cuales controlan la ciliogénesis. La mayor parte de la interacción entre las proteínas DDR y centrosoma implica regular la duplicación del centrosoma a través del ciclo celular, o regular el tiempo preciso de entrada mitótica a través del cuerpo del polo del huso. Por lo tanto, dicha interferencia entre estos procesos puede ser importante para impulsar una división celular fiel durante el desarrollo temprano, como se muestra en el ejemplo de trastornos microcefálicos, y también puede estar relacionada con una división celular no controlada durante la progresión y/o el desarrollo del tumor. Una mayor aclaración de la conectividad funcional entre estos procesos celulares debería proporcionar nuevos conocimientos sobre una serie de trastornos hereditarios y esporádicos humanos (Tabla 1).
El papel celular de los cilios de mamíferos
Los cilios primarios son orgánulos basados en microtúbulos que detectan y transducen señales extracelulares en muchos tipos de células durante la fase G1/G0 del ciclo celular . Los cilios tienen una ultraestructura compleja con compartimentación de componentes moleculares que se combinan en módulos funcionales. La pérdida o mutación de estos componentes puede alterar las funciones ciliares, como el control de la entrada y salida de proteínas del cilio, la regulación de las cascadas de señalización y el control del ciclo celular. En particular, se ha sugerido la zona de transición ciliar como un centro que media e integra la señalización paracrina durante el desarrollo embrionario y la morfogénesis tisular, incluidas las vías de señalización SHH, WNT y Notch . Un mecanismo común para regular estas vías parece ser la compartimentación discreta de los componentes de señalización al cilio. Como paradigma para otras vías, Smo, el co-receptor y transductor de SHH, se trasloca y luego activa los factores de transcripción GLI dentro del cilio . La señalización canónica de WNT / β-catenina también está limitada por la compartimentación del componente de señalización WNT Jouberina, asegurando la translocación de β-catenina lejos del núcleo y hacia el cilio . A su vez, se propone que la señalización de Muesca sea un modulador de la señalización de SHH ciliar mediante la regulación de la translocación ciliar de Smo . Más recientemente, se ha demostrado que las vías de señalización mTOR , Hipopótamo , TGFß y PDGF están reguladas a través de mecanismos dependientes de la ciliar, con diversas consecuencias en la proliferación y el tamaño de las células, la diferenciación, la autofagia, la apoptosis y la tumorogénesis. Actualmente no está claro en qué medida alguna de las vías de señalización relacionadas con la ciliar modulan la DDR, aunque un estudio reciente ha sugerido que el receptor Notch1 se une y regula negativamente la actividad de la ATM de la quinasa asociada a DDR , y puede ser parte de un interactoma con otros factores asociados a DDR . Por lo tanto, será interesante determinar el efecto que cualquier otra conexión entre el receptor Notch1 y la ATM tienen sobre la ciliogénesis. A partir de estos estudios, las conexiones reportadas entre las proteínas centrosomales y ciliar con DDR vinculan los procesos de biogénesis y desmontaje del cilio con las vías de punto de control mitótico y de la fase S que monitorean los fallos en la replicación del ADN y la transmisión cromosómica. Por lo tanto, la interrupción de estos procesos ciliares puede permitir la proliferación celular desregulada, un sello distintivo de todos los cánceres. Por el contrario, los trabajos recientes han llevado a un creciente reconocimiento de que las alteraciones del tiempo y la progresión de la replicación, que conducen al estrés de replicación y a la activación de DDR, son características de algunas ciliopatías renales .
Los enfoques de biología de sistemas han revelado un papel generalizado de las proteínas de empalme y otros factores de procesamiento de ARNm en la prevención del daño al ADN, que en algunos casos fue causado por estructuras aberrantes de ARN–ADN . Muchos de los mismos componentes de procesamiento de spliceosomas y ARNm, incluidos los mutados en formas hereditarias de la condición de degeneración retiniana retinitis pigmentosa, también se identificaron en un reciente examen de genética inversa para genes y vías que regulan la ciliogénesis . También se ha observado pérdida de cilios primarios en tumores de muchos tipos de cáncer, incluido el cáncer de mama y los carcinomas de células renales , lo que sugiere que el cilio puede ser un «orgánulo supresor de tumores». Por ejemplo, la poliposis adenomatosa familiar (PAF o síndrome de Gardner), un cáncer hereditario dependiente de Wnt, puede estar mediada por un mecanismo dependiente de la ciliar . Sin embargo, los detalles mecanicistas para explicar estas observaciones siguen siendo desconocidos, por lo que no está claro si la pérdida de cilios contribuye o es simplemente una consecuencia de los eventos nucleares de estrés de replicación y DDR activado.
También es importante apreciar que las vías de señalización tienen múltiples funciones en el mantenimiento de la homeostasis normal del tejido adulto que son distintas de la señalización del desarrollo durante la embriogénesis. El papel de los cilios primarios en el desarrollo de la señalización de SHH está bien establecido, pero esta vía también regula la supervivencia y proliferación de poblaciones de células progenitoras y madre de tejidos . Estas funciones mitogénicas pueden explicar por qué la activación anormal de la vía canónica de señalización SHH, ya sea a través de mutaciones activadoras en los componentes de la vía o por la producción de ligandos en un mecanismo autocrino, predispone al cáncer en muchos tejidos diferentes, incluidos el meduloblastoma, el glioblastoma y el carcinoma de células basales . Actualmente no está claro si los cilios primarios son esenciales para las funciones mitogénicas de SHH. Por ejemplo, la tumorigénesis causada por mutaciones activadoras en el co-receptor Smo de SHH disminuye si se ablatan los cilios, mientras que la pérdida de cilios aumenta la tumorigénesis causada por GLI2 activado, un efector transcripcional de la señalización de SHH . Sin embargo, las funciones mitogénicas complejas de SHH proporcionan una explicación de por qué no hay un aumento aparente en la incidencia de cáncer en pacientes con ciliopatía.
Vínculos genéticos y funcionales emergentes entre el DDR y los cilios primarios
Recientemente se ha demostrado que en las células proliferantes, varias proteínas satélite centriolares se reestructuran siguiendo tensiones exógenas como la UV que, a su vez, reprimen las señales inhibidoras y facilitan la cilogénesis . De manera similar, la autofagia inducida por el estrés puede afectar la composición de los satélites centriolares para promover la ciliogénesis . Por el contrario, la señalización de estrés a través del cilio primario ayuda a regular la autofagia al promover la formación del autofagosoma . También hemos demostrado que algunas proteínas satélite centriolares actúan para promover la ciliogénesis, así como la estabilidad del genoma , que puede ser en parte a través de la regulación de la composición del centrosoma y la duplicación centriolar a través de la actividad CDK2 . Las señales de estrés que emanan del daño al ADN pueden ser intra o intercelulares a través de una variedad de mecanismos que involucran contactos entre células y/o señalización extracelular conocidos colectivamente como «efectos de espectador». La interacción entre el DDR y los cilios primarios puede implicar, por lo tanto, interacciones funcionales internas entre el DDR y las proteínas centriolares/basales del cuerpo, así como señales externas de las células vecinas. En los últimos años han surgido vínculos funcionales entre la autofagia y el DDR, en los que la autofagia facilita el destino celular después del daño al ADN y también ayuda a prevenir la inestabilidad del genoma para combatir la tumorogénesis . Curiosamente, los procesos de autofagia también pueden responder a los efectos de los espectadores inducidos por daños en el ADN, facilitando la señalización de estrés intra e intercelular. Esta compleja interacción entre estos mecanismos de respuesta al estrés celular tiene implicaciones potenciales para las ciliopatías y los trastornos microcefálicos, así como para el cáncer .
Además de los ejemplos anteriores que demuestran las conexiones físicas y funcionales entre DDR y proteínas centrosomales, el trabajo de varios grupos ha revelado vínculos genéticos y funcionales directos entre DDR y ciliogénesis (Tablas 1, 2). Como se mencionó anteriormente, la proteína ciliogénesis centrosomal CEP164 está regulada por quinasas DDR y promueve respuestas celulares al daño del ADN inducido por rayos UV . Más recientemente, se demostró que las mutaciones recesivas homocigotas en CEP164 eran causales para un subconjunto de ciliopatías relacionadas con la nefronoftisis, con modelos de pez cebra mutantes que exhibían ambos fenotipos de ciliopatía y respuestas ineficientes al daño al ADN . Además, este estudio también mostró que NPHP10 (también conocido como SDCCAG8), que generalmente reside en los centrosomas, se reubica en focos nucleares en respuesta al daño del ADN , y un estudio posterior ha sugerido que la deficiencia de NPHP10 (ya sea en modelos celulares o en células derivadas de ratones knock-out) conduce a niveles elevados de daño del ADN y activación de puntos de control del ciclo celular . De acuerdo con un papel funcional establecido para algunos de los miembros de la familia de la cinasa NEK tanto en la RDA como en la ciliogénesis , se informó recientemente que la cinasa NEK8 asociada a la ciliopatía (Tabla 1) es importante para controlar las respuestas celulares al estrés de replicación a través de la RDA quinasa ATR y limitar la actividad de la CDK para suprimir la formación de roturas de ADN . Lo que es más sorprendente, dados los fenotipos clínicos no superpuestos de las ciliopatías asociadas a NEK8 y los pacientes con síndrome de Seckel asociados a ATR, es que las células que expresan un NEK8 mutante de cinasa asociado a ciliopatía tuvieron un aumento del daño en el ADN y defectos en el ciclo celular, y que los riñones de los ratones mutantes de NEK8 acumularon daño en el ADN . Además, la proteína centrosomal CEP290, mutada en una variedad de ciliopatías, incluido el síndrome de Joubert, también ha estado implicada en la regulación del estrés de replicación del ADN y la RDA (Tabla 1), lo que sugiere que el estrés de replicación crónica puede ser un factor clave en el desarrollo de algunas ciliopatías . Al igual que en el estudio NEK8, las células que expresaban CEP290 mutante también presentaron actividad inadecuada de CDK. Por lo tanto, el estrés de replicación específico del tejido en ciertos antecedentes genéticos puede ser un mecanismo común que impulsa el desarrollo de un subconjunto de ciliopatías, y sugiere que la CDK puede ser un objetivo terapéutico potencial para tales enfermedades .
Es interesante que el mismo estudio que identificó mutaciones en CEP164 como causantes de un subconjunto de ciliopatías relacionadas con la nefronoftisis también identificó mutaciones causantes en MRE11 (Tabla 2). MRE11 interactúa estequiométricamente con RAD50 y NBS1 (formando el llamado complejo MRN) para facilitar las funciones clave de los procesos de reparación de ADN . Específicamente, las mutaciones de línea germinal en NBS1 o MRE11 dan lugar a los trastornos hereditarios que predisponen al cáncer, el síndrome de rotura de Nijmegen y el trastorno similar a la ataxia telangiectasia (ALTD), respectivamente . Además, se ha demostrado que el MRE11 funciona como una barrera para la tumorogénesis, y las mutaciones heterocigotas hereditarias en el MRE11, el NBS1 o el RAD50 se relacionan con un riesgo de penetración intermedia baja de cáncer de mama . Actualmente no está claro cómo o por qué mutaciones específicas en MRE11 en particular pueden dar lugar a ciliopatías. Esto plantea preguntas interesantes sobre si las mutaciones en otros miembros del complejo MRN clave relacionado con DDR (MRE11-RAD50-NBS1), mutaciones que causan síndromes de cáncer hereditarios , también pueden ser causantes de otras ciliopatías renales y retinianas. Quizás aún más sorprendente fue el reciente descubrimiento de que las mutaciones en la anemia de Fanconi y la nucleasa FAN1 asociada al cáncer (Tabla 2; ) podrían ser causantes de un subconjunto de ciliopatías tipo nefritis intersticial cariomegálicas . Como esta enzima está involucrada en la reparación de lesiones de ADN que bloquean la replicación del ADN, el estudio sugirió que la actividad defectuosa de la nucleasa dentro de ciertos órganos podría conducir a la senescencia celular después de una mayor exposición a genotoxinas (tal vez derivada de un metabolismo activo aumentado). Este puede ser un escenario similar al estrés de replicación aumentado propuesto observado en los riñones de ratones con deficiencia de CEP290 y NEK8 (véase más arriba). Aunque este puede ser un mecanismo por el cual las mutaciones FAN1 pueden dar lugar a ciliopatías, la biología subyacente puede ser más complicada, especialmente dado que los fenotipos asociados con cilopatías tipo nefritis intersticial cariomegálicas no son evidentes en pacientes con anemia de Fanconi (FA). Tal discrepancia fenotípica también puede deberse, en parte, a la redundancia dentro de las vías que funcionan para resolver las lesiones que impiden la replicación del ADN .
Además de estos estudios genéticos, varios grupos también han descubierto vínculos funcionales con la cilogénesis para proteínas tradicionalmente asociadas con la RDA. Un ejemplo de esto es el reciente hallazgo de que la ATR se localiza en el cuerpo basal en las células fotorreceptoras de ratón (Tabla 2), y es importante para la ciliogénesis durante el desarrollo del ojo . La ATR también es necesaria para la señalización de erizo sónico relacionado con la ciliar in vitro e in vivo, pero parece ser en gran medida prescindible para la ciliogénesis, en un papel que es distinto de su función en DDR y replicación . Otro hallazgo es que las mutaciones en los factores de licencia de replicación del ADN, como ORC1 (Tabla 2), fueron causantes del trastorno microcefálico Síndrome de Meier–Gorlin (MGS) y también se demostró que afectaban la ciliogénesis a través de la señalización de SHH deteriorada . Se ha demostrado que la proteína AAA-ATPasa VCP/p97, que regula la localización de varios factores DDR en los sitios de daño del ADN , es necesaria para la ciliogénesis (Tabla 2), cuando puede llevar a cabo funciones similares en la regulación de la ubiquitilación mediada por la ligasa E3 de proteínas en el cuerpo basal . Finalmente, la proteína ATMINA, un socio de unión de la ATM de la quinasa DDR clave y también importante para las respuestas celulares al estrés de replicación , también se ha demostrado que es importante para la ciliogénesis durante la morfogénesis de los pulmones y los riñones en ratones en desarrollo a través de su capacidad como factor de transcripción para regular la señalización WNT . En conjunto, estos estudios demuestran vínculos genéticos y funcionales entre la RDA y la ciliogénesis (Tabla 2).
El cilio primario humano y el cáncer
Contrariamente a estos descubrimientos recientes que involucran factores relacionados con DDR en cilopatías humanas, se observa en general que un aumento del riesgo o la incidencia de cáncer no se asocia generalmente con cilopatías humanas. Las excepciones incluyen el síndrome de Birt-Hogg-Dubé y el síndrome de Von Hippel–Lindau, que son trastornos hereditarios de cáncer renal con algunas características clínicas de ciliopatías . Además, aunque los pacientes con enfermedad renal poliquística tienen quistes renales benignos como consecuencia de un fenotipo de crecimiento excesivo de células, no tienen un mayor riesgo de desarrollar cáncer y, de hecho, pueden tener un riesgo general reducido de cáncer en comparación con los individuos no afectados . No está claro por qué este puede ser el caso, pero se ha sugerido que un aumento coincidente de la tasa de muerte celular a través de mecanismos apoptóticos y/o de autofagia podría ayudar a reducir el riesgo de cáncer en las personas afectadas. Se ha notificado un fenómeno similar para la reducción genética de la actividad ATR que limita el crecimiento tumoral de tumores con deficiencia de P53 en ratones , aunque se ha notificado un aumento del riesgo de cáncer en algunos pacientes con síndrome de Seckel, con al menos uno de ellos con un defecto genético causal en el gen ATR . Curiosamente, recientemente se ha sugerido que el aumento del estrés de replicación, similar al que se observa a menudo en los cánceres debido a la activación de oncogenes, es un fenotipo asociado con un subconjunto de ciliopatías, como el síndrome de Joubert asociado a CEP290 . Por lo tanto, es posible que se necesite un cierto nivel de tolerancia al estrés de replicación elevado para impulsar más fenotipos tumorogénicos asociados con enfermedades relacionadas con DDR, que no se seleccionan durante el desarrollo de la mayoría de las ciliopatías humanas.
Los estudios que se destacan brevemente aquí proporcionan pruebas convincentes de vínculos genéticos y funcionales en constante expansión entre la RDA y las vías de la ciliogénesis. Sin embargo, las discrepancias entre los fenotipos de síndromes predisponentes al cáncer asociados al DDR y las ciliopatías (Tablas 1, 2) no se ajustan a nuestro limitado conocimiento actual de cómo se podrían conectar estas dos vías. Esto puede reflejar el impacto funcional que tiene cada vía tanto en el tejido en desarrollo como en el tejido diferenciado, así como la forma en que la función de la vía normal o aberrante puede afectar tanto a las lesiones precancerosas como a las células transformadas.