Claudina 1 en la génesis Tumoral de Mama: Revelación de un Posible Subconjunto Nuevo de «Claudina Alta» de Cánceres de Mama

Resumen

Las claudinas son el componente principal de las uniones estrechas en las células epiteliales y, como tal, desempeñan un papel clave en la ubicación polarizada de los canales iónicos, los receptores y las enzimas en los diferentes dominios de la membrana. En ese sentido, las claudinas son necesarias para el desarrollo armonioso de un epitelio funcional. Además, las uniones estrechas defectuosas se han asociado con el desarrollo de fenotipo neoplásico en células epiteliales. Por lo tanto, se cree que la ruptura de las interacciones entre células y la desregulación de la expresión de proteínas de unión son pasos clave en la invasión y la metástasis. Varios estudios sugieren que las claudinas son participantes importantes en la carcinogénesis de mama. En este artículo, analizamos los avances recientes en nuestra comprensión del papel potencial de la claudina 1 en el cáncer de mama. También discutimos la importancia de un subconjunto de cánceres de mama con receptores de estrógeno negativos que expresan niveles «altos» de la proteína claudina 1. Proponemos que la claudina 1 funciona tanto como supresora de tumores como potenciadora/facilitadora de tumores en el cáncer de mama.

1. Cáncer de mama

El cáncer de mama sigue siendo uno de los cánceres diagnosticados con más frecuencia entre las mujeres de América del Norte . Con base en observaciones moleculares, epidemiológicas e histológicas, se ha ensamblado un modelo de progresión morfológica para el cáncer de mama en la última década . Este modelo propuesto (Figura 1) describe una serie continua de lesiones que describen una progresión gradual del cáncer de mama, desde la hiperplasia epitelial, pasando por la hiperplasia atípica y el carcinoma ductal in situ, hasta el carcinoma invasivo y, finalmente, la enfermedad metastásica . A pesar de los muchos avances en el diagnóstico y tratamiento del cáncer de mama, la metástasis sigue siendo un desafío insuperable. En la actualidad, alrededor del 40% de las mujeres fracasan en las estrategias primarias de tratamiento del cáncer de mama precoz y, en última instancia, sucumben a la enfermedad.

Figura 1

modelo Hipotético de la tumorigénesis de mama y la progresión. La progresión gradual del cáncer de mama se describe como un continuo de lesiones que van desde la hiperplasia epitelial hasta el carcinoma invasivo y, finalmente, la metástasis.

La naturaleza compleja de la presentación de la enfermedad y las limitaciones para identificar subconjuntos de pacientes clínicamente relevantes crean grandes dificultades para el diagnóstico y las estrategias terapéuticas actuales del cáncer de mama. Una comprensión cada vez mayor de la naturaleza heterogénea de esta enfermedad se ha derivado principalmente de estudios de microarray e inmunohistoquímicos de ADNc, que han llevado a una redefinición de los subconjuntos de cáncer de mama . Hasta la fecha, se han identificado 5 categorías distintas de cáncer de mama (Tabla 1 ) con base en el estado de ER/PR, Her2, CK5/6 y expresión de EGFR. Terapéuticamente, se ha demostrado que estos subtipos muestran una amplia variedad de respuestas a diferentes tratamientos . El subtipo luminal A (Tabla 1), que es más sensible a las hormonas, tiene el desenlace más favorable, mientras que los subtipos Her2 y basal, que no son sensibles a las hormonas, son más agresivos, muestran el peor pronóstico y tienen menos opciones terapéuticas . Evidentemente, la identificación adicional de diferentes subtipos de cáncer de mama proporcionará más oportunidades terapéuticas para que coincidan con las características de los pacientes individuales de cáncer de mama, mejorando nuestra capacidad de comenzar a ofrecer tratamiento individualizado a los pacientes.

Se han propuesto dos modelos hipotéticos para explicar la evolución de los subtipos de cáncer de mama . En el primer modelo, el modelo lineal, la célula de origen es la misma para diferentes subtipos tumorales (y, por lo tanto, el subtipo tumoral se determina por eventos genéticos y epigenéticos adquiridos). En el segundo modelo, el modelo no lineal, la célula de origen es diferente (presumiblemente una célula madre o una célula progenitora) para los diferentes subtipos. Trabajos recientes de Jeselsohn et al. ha proporcionado evidencia para sugerir que hay dos poblaciones de células progenitoras, que da lugar a la luminal-como los cánceres de mama y la otra a la basal como los cánceres de mama.

2. Transición Mesenquimatosa Epitelial (EMT)

Se cree que la adquisición del fenotipo invasivo marca el cambio más significativo en la biología del cáncer de mama, ya que representa el primer paso hacia el desarrollo de la enfermedad metastásica. A medida que las células pasan del fenotipo no invasivo al invasivo, se vuelven independientes del anclaje y exhiben una motilidad mejorada, así como una mayor agresividad, un proceso conocido como transición epitelial-mesenquimal (EMT).

Durante esta transición, las células epiteliales adquieren un fenotipo mesenquimatoso a través de la interrupción de la adhesión intercelular y la motilidad mejorada (para revisión, ver ). Se cree que las células cambian de una red rica en queratina (epitelial) a una red rica en vimentina (mesenquimal) para facilitar su motilidad . En cuanto a las células mesenquimales, a diferencia de las células epiteliales, pueden migrar individualmente, penetrar en los tejidos circundantes y diseminarse a sitios distantes . Por lo tanto, se cree que la descomposición de las interacciones célula-célula y la expresión desregulada de las proteínas de unión son pasos clave en la invasión y la metástasis .

3. Uniones estrechas

Las uniones estrechas son las uniones intercelulares más apicales y aparecen como una red de filamentos continuos y anastomosantes en la cara protoplasmática de la membrana plasmática (Figura 2). Contribuyen a la barrera transepitelial que controla el transporte de iones y pequeñas moléculas a través de la vía paracelular, una propiedad conocida como función de «barrera». Las uniones estrechas también son cruciales para la organización de la polaridad de las células epiteliales, separando la membrana plasmática en dominios apicales y basolaterales . Además, también son críticos para la ubicación polarizada de canales iónicos, receptores y enzimas a los dominios de membrana necesarios para el epitelio desarrollado estructural y funcionalmente, una función conocida como la función de «valla». Por lo tanto, las uniones estrechas son esenciales para el sellado hermético de las láminas celulares y el mantenimiento de la homeostasis . Aparte de mantener la polaridad celular y las funciones paracelulares, las proteínas de unión estrecha están involucradas en el reclutamiento de proteínas de señalización . Principalmente, tres tipos de proteínas integrales de membrana constituyen las uniones estrechas( Figura 2); las claudinas, la ocludina y la(s) molécula (s) de adhesión a la unión, siendo las claudinas y la ocludina los dos componentes moleculares principales en la formación de la hebra de unión estrecha. Se cree que la molécula de adhesión a la unión funciona como la señal espacial inicial para la formación de uniones apretadas . Junto con las proteínas de unión adherente, que son responsables de la adhesión mecánica entre las células adyacentes y de la estabilización de toda la arquitectura multicelular, constituyen el complejo de unión apical en el tejido epitelial .

Figura 2

Las Uniones Estrechas. Las uniones estrechas son las uniones intercelulares más apicales en las células epiteliales. Los principales componentes moleculares de las uniones estrechas son las claudinas, la ocludina y la molécula de adhesión a la unión (ATASCO). Las proteínas de unión estrecha junto con las proteínas de unión adherente (cadherinas, cateninas) forman complejos de unión de células epiteliales . La unión gap se encuentra basal a la unión adheren.

4. Proteínas de unión estrecha y carcinogénesis

Se ha establecido una fuerte asociación entre las proteínas de unión estrecha y el desarrollo del cáncer. De hecho, se han notificado alteraciones en la estructura y función de las uniones estrechas en adenocarcinomas de varios órganos . La ausencia de uniones estrechas o uniones estrechas defectuosas también se ha asociado con el desarrollo del fenotipo neoplásico en células epiteliales . Tales observaciones son consistentes con la idea aceptada de que la interrupción de uniones estrechas conduce a la pérdida de cohesión, la invasión y la falta de diferenciación, promoviendo así la tumorogénesis. Actualmente, la mayor parte del conocimiento sobre el papel de las proteínas de unión en el cáncer, y más específicamente en el cáncer de mama, proviene de estudios sobre la principal proteína de unión adherente, la cadherina (para revisión, ver ). Se cree que la regulación a la baja de la cadherina E es un evento molecular importante durante la transición epitelial-mesenquimatosa . A diferencia de la E cadherina, el papel de las proteínas de unión estrecha no se conoce bien en el cáncer de mama.

4.1. Las claudinas

Las claudinas son el componente principal de la unión estrecha, y hasta la fecha se han identificado 24 miembros de esta familia de proteínas . Son proteínas pequeñas que varían en tamaño de 22 a 27 kD y están codificadas por al menos 17 genes humanos (Tabla 2), ubicados en 12 cromosomas diferentes . La distribución de los loci de los genes de claudina entre tantos cromosomas diferentes es interesante, ya que generalmente muchas familias de genes tienen la mayoría, si no todos, sus miembros ubicados en un cromosoma . La amplia distribución puede reflejar las características multifuncionales de estas proteínas. Tres grupos de genes de claudina son fácilmente evidentes en el cromosoma 3 (3q28), 4 (4q35.1) y 7 (7q11.23) y es muy probable que los miembros dentro de estos grupos tengan una función y especificidad tisular similares . Aparte de estos tres grupos de genes de claudina, no parece haber otro patrón obvio (Tabla 2). Es posible que la expansión de la familia de genes de claudina en humanos haya permitido la adquisición de nuevas funciones durante la evolución, como se postula para esta familia de genes en peces teleósteos . Las claudinas comparten una topología transmembrana común; se predice que cada miembro de la familia posee cuatro dominios transmembrana con terminales amino y carboxilo intracelulares en el citoplasma y dos bucles extracelulares . El patrón de expresión de las proteínas de claudina es específico del tejido ; sin embargo, la mayoría de los tejidos expresan múltiples claudinas que pueden interactuar de manera homotípica o heterotípica para formar la hebra de unión apretada . La combinación exacta de las proteínas de claudina dentro de un tejido determinado determina la selectividad, fuerza y estanqueidad de la unión apretada .

Hasta la fecha, solo unos pocos estudios han abordado el papel de las claudinas en el cáncer de mama y los hallazgos sobre su función siguen siendo controvertidos . En varios tipos de cáncer, incluido el cáncer de mama, se ha demostrado la expresión alterada de proteínas de algunos miembros de la familia de la claudina(para una revisión, ver). Por ejemplo, se ha demostrado que la expresión proteica de claudina 3 y 4 aumenta en el cáncer de mama invasivo, mientras que, también en el cáncer de mama invasivo, la expresión de las proteínas claudina 1 y 7 se regula a la baja .

4.2. Claudina 1

Los experimentos con ratones Knockout han establecido que la proteína de unión apretada claudina 1, y no la ocludina, forma la columna vertebral de la cadena de unión apretada y es crucial para la función de barrera epidérmica . La expresión de claudina 1 se ha examinado en varios tipos de cáncer(para una revisión, consulte). Se ha demostrado que tanto un aumento como una disminución de la expresión de la proteína claudina 1 están asociados con la tumorogénesis. En algunos cánceres, como la próstata , la mama y la neoplasia melanocítica , la pérdida de claudina 1 se relacionó con la progresión e invasión del cáncer y la adquisición del fenotipo metastásico. En el carcinoma de células escamosas de esófago, la expresión disminuida de la claudina 1 se correlacionó con la recidiva y una supervivencia sin enfermedad más corta, mientras que en el cáncer de pulmón, se observó que la claudina 1 suprimía la expresión de los potenciadores de la invasión/metástasis y aumentaba la expresión de los supresores de la invasión/metástasis del cáncer, lo que proporcionó pruebas de apoyo para sugerir que funciona como un supresor de la invasión/metástasis del cáncer . Por el contrario, en otros cánceres, como el carcinoma de células escamosas orales de tiroides papilar , el ovario , el colon , el melanoma y el gástrico , la sobreexpresión de claudina 1 se ha relacionado con la agresividad y el aumento del fenotipo maligno. Además, estudios funcionales han demostrado que la claudina 1 podría reclutar y promover la activación de la metaloproteinasa MMP-2 y conducir a un fenotipo más agresivo en el cáncer oral y ovárico.

5. Claudina 1 en el Cáncer de Mama normal y en el Cáncer de Mama

En la glándula mamaria normal, las proteínas de unión estrecha se han investigado principalmente en relación con la lactogénesis . Trabajos previos de nuestro laboratorio han identificado la claudina 1 como un gen altamente regulado durante la involución temprana de la glándula mamaria, y se encontró que su expresión estaba estrechamente regulada durante las diferentes etapas del desarrollo normal de la glándula de ratón . Recientemente, ha habido un mayor interés en el papel potencial de la claudina 1 en el cáncer de mama. Aunque los estudios todavía son relativamente limitados, hay algunos informes críticos que demuestran una clara asociación entre la expresión de claudina 1 y la progresión del cáncer de mama. La mayoría de los estudios apuntan a una regulación a la baja o pérdida completa de la expresión de claudina 1 en cánceres de mama humanos invasivos malignos y en algunas líneas celulares de cáncer de mama humano . También se informó recientemente de una correlación entre la regulación descendente de claudina 1 y la recurrencia de la enfermedad . Además, los estudios funcionales también sugieren que la claudina 1 puede ser un jugador clave en la tumorogénesis de mama. Se demostró que una regulación descendente de la expresión génica de claudina 1 conducía a la transformación neoplásica de las células epiteliales mamarias . Además, la reexpresión de claudina 1 sola demostró ser suficiente para inducir la apoptosis en una línea celular de cáncer de mama humano . También se ha sugerido que la claudina 1 sola podría ser suficiente para ejercer una función de compuerta mediada por uniones estrechas en células tumorales metastásicas, incluso en ausencia de otras proteínas asociadas a uniones estrechas . Además, se ha demostrado que la localización subcelular de claudina 1 (por nosotros y otros ) se interrumpe en el cáncer de mama invasivo, lo que lleva a la detección de esta proteína en el citoplasma. Curiosamente, recientemente se ha establecido una asociación entre la claudina 1 y la transición mesenquimatosa epitelial. Al igual que con la cadherina E, se demostró que los factores de transcripción, babosa y caracol, marcadores clave de la transición mesenquimatosa epitelial, se unen al promotor de claudina 1, lo que resulta en la represión de su activación .

El trabajo adicional de nuestro laboratorio también ha proporcionado evidencia para mostrar que la expresión de claudina 1 en el cáncer de mama es aún más compleja de lo que se pensaba originalmente. Utilizando estrategias de microarray tisular, se demostró que en una cohorte de cánceres de mama invasivos humanos que presentaban lesiones patológicas mixtas (340 biopsias, la mayor examinada hasta la fecha), solo un pequeño porcentaje de tumores expresaba la proteína claudina 1. La frecuencia de tumores positivos para claudina 1 fue significativamente menor que la frecuencia de tumores observados como positivos para claudina 3 y 4, dos miembros de la familia que anteriormente mostraron sobreexpresarse en el cáncer de mama humano invasivo .

Dado que el estado de urgencias a menudo se considera un clasificador importante de cánceres de mama (Tabla 1), queríamos determinar si había alguna asociación entre estrógeno/receptor de estrógeno y claudina 1. Mostramos que en los cánceres de mama ERve (189 biopsias), un número significativamente pequeño de tumores (5%) fueron positivos para la expresión de claudina 1, mientras que en los tumores ERve (151 biopsias), la frecuencia de tinción tumoral positiva para claudina 1 fue significativamente mayor (39%). También se encontró una asociación positiva con la TFGE, un marcador de mal pronóstico. Sorprendentemente, también se encontró una correlación significativa con la claudina 1 y los marcadores del subtipo basal de cáncer de mama , un subtipo agresivo de cáncer de mama relacionado con el peor pronóstico y la supervivencia reducida de la paciente. También demostramos por primera vez que en la línea celular humana con receptor de estrógeno positivo (ERve), MCF7, la expresión de claudina 1 fue regulada por el estrógeno in vitro (datos no publicados).

6. ¿Claudin 1 Es Mucho Más que un Supresor de Tumores en la Tumorogénesis de Mama?

Se han observado tanto una expresión excesiva como una expresión insuficiente de claudina 1 en diferentes tipos de cáncer , lo que describe la complejidad de su posible papel en la carcinogénesis. En el cáncer de mama, la mayoría de los estudios publicados hasta la fecha, aunque limitados en número, muestran que la pérdida parcial o total de la expresión de claudina 1 se correlaciona con un aumento del potencial maligno y la invasividad y con la recidiva de la enfermedad . Además, se demostró que la reexpresión de claudina 1 en células de cáncer de mama induce apoptosis . Además, nuestros estudios de microarray de tejido mostraron que una frecuencia significativamente baja de cánceres de mama invasivos humanos fue positiva para la expresión de claudina 1 . En conjunto, estos estudios proporcionan pruebas de apoyo que sugieren que la claudina 1 funciona como supresora de tumores en la génesis tumoral de mama.

Paradójicamente, nuestro laboratorio también ha proporcionado pruebas que sugieren que el papel de la claudina 1 en el cáncer de mama puede ser mucho más que un supresor de tumores. En nuestros estudios de MAT, demostramos que la frecuencia de tumores positivos a claudina 1 era significativamente mayor en los cánceres de mama ERve que en los cánceres de mama ERve . Hasta donde sabemos, estos estudios son el primer informe que aborda la expresión de claudina 1 en el cáncer de mama en el contexto del estado de urgencias. Además, mostramos que la positividad de claudina 1 (así como la claudina 4) se asoció significativamente con el subtipo de tipo basal de cáncer de mama, uno de los subtipos más agresivos . Cabe destacar que en un estudio reciente de Kulka et al., 2008, se demostró que la expresión de claudina 4 era significativamente más alta en el subtipo de tipo basal de los cánceres de mama . Dado que la claudina 1 generalmente se considera un «supresor de tumores» en el cáncer de mama, nuestras observaciones fueron inesperadas. ¿Cómo se pueden racionalizar esas observaciones? Hay algunos escenarios posibles que pueden explicar estos hallazgos. En primer lugar, es plausible que durante la génesis tumoral, no todas las células tumorales pierdan la expresión de claudina 1. De acuerdo con el modelo no lineal propuesto de subtipos de cáncer de mama , es posible que las células que retienen la expresión de claudina 1 sean las células ya predeterminadas para convertirse en cánceres de mama tipo basal ERve. Luego, en estas células, el papel de la claudina 1 puede ser el de promotor de tumores en lugar de supresor de tumores. Por otro lado , si se considera el modelo lineal de los subtipos de cáncer de mama, se cree que las células tumorales progresan de ERve a ERve a medida que el cáncer avanza. Entonces, ¿el aumento de la frecuencia de tumores positivos a claudina 1 en la cohorte ERve se atribuye a una reexpresión de claudina 1 en estos tumores? Este concepto se apoya en la expresión significativamente más alta de la tinción de claudina 1 (un indicador de la expresión de proteínas) que se observó en los tumores ERve. Aquí, la función supresora tumoral de la claudina 1 reexpresada se elimina y ahora se reemplaza por una función potenciadora tumoral, facilitando así la génesis tumoral de mama. Esta reexpresión de la claudina 1 podría atribuirse a una serie de factores atenuantes, incluida la mutación genética en el gen de la claudina 1 o la modificación epigenética de la proteína. Sin embargo, los estudios de análisis de secuencias de la región codificante de claudina 1 en pacientes de mama esporádicas y hereditarias no lograron identificar ninguna mutación significativa que pudiera ser responsable de alterar la expresión génica de claudina 1 en tumores de mama. Una posibilidad interesante es que el nivel más alto de la proteína claudina 1 podría deberse a un compañero de interacción defectuoso que resulta en la incapacidad de la claudina 1 para ser transportada de regreso a la membrana, donde puede escapar de la regulación hacia abajo por otros factores, y por lo tanto conducir a una acumulación de claudina 1 en el citoplasma. Esto último se ha demostrado recientemente para la E cadherina . Además, se cree que la combinación exacta de proteínas de claudina dentro de un tejido determinado determina la fuerza de la unión apretada . Por lo tanto, una de las consecuencias de esta acumulación aberrante de claudina 1 en los cánceres de mama invasivos ERve puede ser una redefinición de la composición de la unión apretada, socavando aún más la integridad de la unión y, por lo tanto, facilitando aún más la progresión del tumor. En conjunto, parece que la función de la claudina 1 se extiende más allá de la de un supresor tumoral. Nos gustaría proponer que claudin 1 funciona tanto como supresor de tumores como potenciador/facilitador de tumores en el cáncer de mama. Además, proponemos que su papel facilitador tumoral está particularmente asociado con los subtipos de cáncer de mama ERve (Figura 3).

Figura 3

Un modelo hipotético de claudina 1 de expresión en los diferentes subtipos de cáncer de mama. Este modelo propone que la claudina 1 es un supresor tumoral en los subtipos ER+ve de cáncer de mama (luminal A y B) y un potenciador/facilitador tumoral en los subtipos ER (tipo basal, Her2 sobreexpresión, normal). Mientras que se ha demostrado una asociación significativa entre claudina 1 y el subtipo de tipo basal, esto aún no se ha determinado para el sobreexpresión de Her2 y los subtipos de tipo normal.

Recientemente, se ha identificado un subtipo de cáncer de mama» bajo en claudina » que era principalmente ERve y presentaba una expresión baja de claudina 3, 4 y 7 . Además, nos gustaría proponer un subtipo de «claudina alta» que es ER–ve y que exhibe una alta expresión de la proteína claudina 1 (y claudina 4). Este subtipo incluiría los cánceres de mama de tipo basal y excluiría los subtipos luminales de ERve. La importancia clínica de una expresión alta de la proteína claudina 1 en los cánceres de mama ERve y su relación con el subtipo de tipo basal puede identificar su posible uso como indicador diagnóstico y pronóstico para un subconjunto de cáncer de mama en particular.

7. Perspectivas futuras

Cada vez hay más pruebas que indican que la claudina 1 desempeña una función única en el cáncer de mama y en su progresión. Dado que la claudina 1 es una proteína transmembrana con dos grandes bucles extracelulares, es un candidato potencialmente atractivo para su uso en estrategias terapéuticas. A medida que comenzamos a abordar el papel de la claudina 1 en la progresión del cáncer de mama, nos quedamos con muchas preguntas sin respuesta. ¿Cuál es el nivel de expresión de la proteína claudina 1 en diferentes subtipos histológicos de cáncer de mama? ¿Qué desencadena su regulación y hace que claudin 1 cambie su función en diferentes etapas de la progresión del cáncer de mama? ¿Por qué se acumula claudina 1 en el citoplasma? ¿Existe una mutación en el gen o proteína de claudina en el subtipo basal de cáncer de mama? ¿La claudina 1 funciona en conjunto con otras claudinas o proteínas de unión como la cadherina E? ¿Hay una conversación cruzada con la vía del receptor de estrógeno? Es evidente que se justifican estudios de análisis funcionales más detallados tanto in vitro como in vivo.

Solo se puede predecir que se identificarán más subtipos de cáncer de mama en un futuro cercano y que será fundamental comprender mejor los cambios celulares y moleculares que se producen durante la génesis tumoral de mama para facilitar un tratamiento más eficaz de las pacientes y tener un impacto directo en la reducción de las tasas de mortalidad. Solo a través de esta comprensión se identificarán nuevos biomarcadores que informarán sobre los cambios metastásicos, la progresión del cáncer de mama y servirán como objetivos terapéuticos que, en última instancia, conducirán al manejo específico e individualizado del paciente.

Reconocimiento

Los autores agradecen el financiamiento para este trabajo que fue proporcionado por la Fundación de Servicios Médicos de Manitoba, la Fundación Paul Thorlakson y la Fundación Canadiense para el Cáncer de Mama.