Claudin 1 Peito de Tumorigênese: a Revelação de um Possível Romance “Claudin Alto” Subconjunto de Cancros da Mama

Resumo

Claudins são o principal componente das junções apertadas nas células epiteliais e, como tal, desempenham um papel fundamental no polarizada localização de canais iônicos, receptores e enzimas para os diferentes domínios de membrana. A este respeito, claudins são necessários para o desenvolvimento harmonioso de um epitélio funcional. Além disso, junções apertadas defeituosas têm sido associadas ao desenvolvimento de fenótipo neoplásico em células epiteliais. A desagregação das interações célula-célula e a desregulamentação da expressão das proteínas juncionais são, portanto, consideradas como passos-chave na invasão e metástase. Vários estudos sugerem que os claudins são os principais participantes na tumorigénese mamária. Neste artigo, discutimos os avanços recentes na nossa compreensão do papel potencial de claudin 1 no câncer de mama. Também discutimos o Significado de um subconjunto de câncer de mama negativo ao receptor de estrogênio que expressam níveis “altos” da proteína claudin 1. Propomos que claudin 1 funcione tanto como um supressor de tumor, bem como um potenciador de tumor/facilitador no câncer de mama.

1. Cancro da mama

o cancro da mama continua a ser um dos cancros mais diagnosticados entre as mulheres na América do Norte . Com base em observações moleculares, epidemiológicas e histológicas, um modelo de progressão morfológica para o câncer de mama foi montado na última década . Este modelo proposto (Figura 1) descreve um continuum de lesões descrevendo uma progressão gradual do cancro da mama, desde a hiperplasia epitelial, através de hiperplasia atípica e carcinoma ductal in situ, até ao carcinoma invasivo e, eventualmente, à doença metastática . Apesar de muitos avanços no diagnóstico e tratamento do câncer de mama, a metástase continua a ser um desafio insuperável. Cerca de 40% das mulheres atualmente falham em estratégias de gestão primária para o câncer de mama precoce e, em última análise, sucumbem à doença.

Figura 1

modelo Hipotético de mama tumorigênese e progressão. A progressão gradual do cancro da mama é descrita como um continuum de lesões desde a hiperplasia epitelial até ao carcinoma invasivo e eventualmente metástase.

a natureza complexa da apresentação da doença e as limitações na identificação de subconjuntos clinicamente relevantes de pacientes criam grandes dificuldades para o diagnóstico atual do câncer de mama e estratégias terapêuticas. Uma compreensão crescente da natureza heterogénea desta doença resultou principalmente de estudos microarray cDNA e imunohistoquímicos, que conduziram a uma redefinição dos subconjuntos de cancro da mama . Até à data, foram identificadas 5 categorias distintas de cancro da mama (Quadro 1 ) com base na expressão ER/PR, Her2, CK5/6 e EGFR. Terapeuticamente, estes subtipos têm sido mostrados para mostrar uma grande variedade de respostas a diferentes tratamentos . O subtipo luminal a( Tabela 1), que é mais sensível aos hormônios, tem o resultado mais favorável, enquanto o Her2 e os subtipos basais, que não são sensíveis aos hormônios, são mais agressivos, demonstram o pior prognóstico, e têm menos opções terapêuticas . Evidentemente, a maior identificação de diferentes subtipos de câncer de mama proporcionará mais oportunidades terapêuticas para corresponder às características de pacientes individuais com câncer de mama, aumentando a nossa capacidade de começar a oferecer tratamento individualizado aos pacientes.

dois modelos hipotéticos foram propostos para explicar a evolução dos subtipos de câncer de mama . No primeiro modelo, o modelo linear, a célula de origem é a mesma para diferentes subtipos tumorais (e, portanto, o subtipo tumoral é determinado por eventos genéticos e epigenéticos adquiridos). No segundo modelo, o modelo não-linear, a célula de origem é diferente (presumivelmente uma célula tronco ou uma célula progenitora) para os diferentes subtipos. Recent work by Jeselsohn et al. apresentou provas que sugerem a existência de duas populações de células progenitoras, uma dando origem a cancros da mama tipo luminal e a outra a cancros da mama tipo basal.

2. Acredita-se que a aquisição do fenótipo invasivo marca a mudança mais significativa na biologia do câncer de mama, pois representa o primeiro passo para o desenvolvimento da doença metastática. À medida que as células se convertem do fenótipo não invasivo para o invasivo, elas se tornam independentes de anchorage e exibem maior motilidade, bem como maior agressividade, um processo referido como transição epitelial-mesenquimal (EMT).

durante esta transição, as células epiteliais adquirem um fenotipo mesenquimal através da interrupção da aderência intercelular e aumento da motilidade (para revisão ver ). Acredita-se que as células mudam de uma rede rica em queratina (epitelial) para uma rede rica em vimentina (mesenchymal) para facilitar a sua motilidade . Quanto às células mesencimais, em contraste com as células epiteliais, elas podem migrar individualmente, penetrar em tecidos circundantes, e se espalhar para locais distantes . Acredita-se, portanto, que a quebra das interações célula-célula e a expressão desregulada das proteínas juncionais sejam passos chave na invasão e metástase .

3. Junções apertadas

junções apertadas são as junções intercelulares mais apicais e aparecem como uma rede de filamentos contínuos e anastomosantes na face protoplasmática da membrana plasmática (Figura 2). Eles contribuem para a barreira transepitelial que controla o transporte de íons e pequenas moléculas através da via paracelular, uma propriedade referida como a função “barreira”. Junções apertadas também são cruciais para a organização da polaridade das células epiteliais, separando a membrana plasmática em domínios apical e basolateral . Além disso, eles também são críticos para a localização polarizada de canais iônicos, receptores e enzimas para os domínios de membrana necessários para epitélios estruturalmente e funcionalmente desenvolvidos, uma função referida como a função “cerca”. Entroncamentos apertados são, portanto, essenciais para a estanquidade das placas celulares e para a manutenção da homeostase . Além de manter a polaridade celular e as funções paracelulares, proteínas de junção estreitas estão envolvidas no recrutamento de proteínas sinalizadoras . Principalmente, três tipos de proteínas de membrana integral constituem as junções apertadas(Figura 2); as claudinas, oclusão e a (s) molécula (s) de aderência juncional, sendo as claudinas e oclusão os dois principais componentes moleculares na formação da cadeia de junção apertada. Acredita-se que a molécula de aderência juncional funcione como o taco espacial inicial para a formação de junção apertada . Em conjunto com as proteínas de junção adheren, que são responsáveis pela aderência mecânica entre as células adjacentes e a estabilização de toda a arquitetura multicelular, elas constituem o complexo de junção apical no tecido epitelial .

Figura 2

Junções Apertadas. Junções apertadas são as junções intercelulares mais apicais nas células epiteliais. As principais componentes moleculares das junções apertadas são as claudinas, oclusina e a molécula de aderência juncional (JAM). Proteínas de junção apertada em conjunto com proteínas de junção adheren (cadherinas, cateninas) formam complexos de junção celular epitelial . A junção gap está localizada basal à junção adheren.

4. Tight Junction Proteins and Tumorigenesis

a strong association between tight junction proteins and cancer development has been established. Alterações na estrutura e função de entroncamentos apertados foram de fato relatadas em adenocarcinomas de vários órgãos . Uma ausência de junções apertadas ou junções apertadas defeituosas também tem sido associada com o desenvolvimento do fenótipo neoplásico nas células epiteliais . Tais observações são consistentes com a idéia Aceita de que a ruptura de entroncamentos apertados leva à perda de coesão, invasividade e a falta de diferenciação, promovendo assim a tumorigénese. Atualmente, a maior parte do conhecimento sobre o papel das proteínas juncionais no câncer, e mais especificamente no câncer de mama, resultou de estudos sobre a principal proteína de junção adheren, e cadherin (para revisão ver ). Acredita-se que a baixa regulação de e cadherin seja um evento molecular importante durante a transição epitelial-mesencimal . Em contraste com a e cadherin, o papel das proteínas de junção apertada não é bem compreendido no câncer de mama.

4.1. Os Claudins

os claudins são o principal componente da junção apertada, e 24 membros desta família de proteínas foram identificados até à data . São pequenas proteínas de tamanho entre 22 e 27 kD e são codificadas por pelo menos 17 genes humanos (Tabela 2), localizados em 12 cromossomas diferentes . A distribuição do loci para os genes claudin entre tantos cromossomas diferentes é interessante como geralmente muitas famílias de genes têm a maioria, se não todos os seus membros localizados em um cromossomo . A ampla distribuição pode refletir as características multifuncionais destas proteínas. Três clusters de genes de claudin são facilmente aparentes no cromossomo 3 (3q28), 4 (4q35.1), e 7 (7q11.23) e é muito provável que os membros dentro destes aglomerados possam ter função similar e especificidade tecidular . Além destes três clusters de genes claudin, parece não haver outro padrão óbvio (Tabela 2). É possível que a expansão da família de genes claudin em seres humanos tenha permitido a aquisição de novas funções durante a evolução, como postulado para esta família de genes em peixes teleósteos . As claudinas compartilham uma topologia transmembranar comum; cada membro da família possui quatro domínios transmembranares com amino intracelular e carboxil-termini no citoplasma e dois loops extracelulares . O padrão de expressão das proteínas claudin é específico do tecido. ; no entanto, a maioria dos tecidos expressa múltiplas claudinas que podem interagir de forma homotípica ou heterotípica para formar a cadeia de junção apertada . A combinação exata das proteínas de claudin dentro de um determinado tecido determina a seletividade, força e aperto da junção apertada .

até o momento, apenas alguns estudos abordaram o papel de claudins no câncer de mama e os achados sobre sua função permanecem controversos . Em vários cancros, incluindo cancro da mama, foi demonstrada a expressão proteica alterada de alguns membros da família claudin (para revisão ver ). Por exemplo, a expressão da proteína de claudin 3 e 4 foi mostrado para ser upregulated em câncer de mama invasivo considerando que, também no câncer de mama invasivo, a expressão do claudin 1 e 7 proteínas foram desativado .

4.2. Claudin 1

os experimentos com ratos nocaute estabeleceram que a proteína de junção tight claudin 1, e não oclusão, forma a espinha dorsal da cadeia de junção tight e é crucial para a função da barreira epidérmica . A expressão de claudin 1 foi examinada em vários cancros (para revisão ver ). Tanto um aumento como uma diminuição na expressão proteica do claudin 1 demonstraram estar associados à tumorigénese. Em alguns cancros, incluindo próstata , mama e neoplasia melanocítica , a perda de claudin 1 tem sido associada com a progressão e invasão do câncer, e a aquisição do fenótipo metastático. No carcinoma de células escamosas de esôfago diminuição da expressão de claudin 1 correlacionada com a recorrência e menor sobrevida livre de doença, enquanto que no câncer de pulmão, claudin 1 foi mostrado para suprimir a expressão de invasão/metástase potenciadores e aumentar a expressão de câncer de invasão/metástase supressores, dando, assim, suporte evidência para sugerir que funciona como um câncer invasão/metástase de picos . Inversamente, noutros cancros , como o carcinoma oral de células escamosas da tiróide papilar , o ovário , o cólon , o melanoma e a sobre-expressão gástrica do claudin 1 tem sido associada à agressividade e ao aumento do fenótipo maligno. Além disso, estudos funcionais demonstraram que o claudin 1 poderia recrutar e promover a activação da metalloproteinase MMP-2 e levar a um fenótipo mais agressivo no cancro oral e ovárico.

5. Claudin 1 no cancro normal da mama e da mama

na glândula mamária normal, as proteínas de junção apertada foram investigadas principalmente em relação à lactogénese . Trabalhos anteriores do nosso laboratório identificaram claudin 1 como um gene altamente regulado durante a involução da glândula mamária precoce , e sua expressão foi encontrada para ser rigorosamente regulada durante diferentes estágios de desenvolvimento normal da glândula do rato . Recentemente, tem havido um maior interesse no potencial papel de claudin 1 no câncer de mama. Embora os estudos ainda sejam relativamente limitados, existem alguns relatórios críticos que demonstram uma clara associação entre a expressão claudin 1 e a progressão do cancro da mama. A maioria dos estudos aponta para uma redução ou perda completa da expressão de claudin 1 em cancros invasivos malignos da mama humana , e em algumas linhas celulares de câncer de mama humano . Recentemente também foi relatada uma correlação entre claudin 1 para baixo regulação e recorrência da doença . Além disso, estudos funcionais também sugerem que claudin 1 pode ser um jogador chave na tumorigénese mamária. Uma regulação para baixo da expressão do gene claudin 1 mostrou levar a transformação neoplásica das células epiteliais mamárias . Além disso, a re-expressão de claudin 1 por si só mostrou ser suficiente para induzir apoptose em uma linha celular de câncer de mama humano . Também tem sido sugerido que o claudin 1 por si só pode ser suficiente para exercer uma função Porta mediada por junção apertada em células tumorais metastáticas, mesmo na ausência de outras proteínas associadas a junção apertada . Além disso, a localização subcelular de claudin 1 tem sido demonstrada (por nós e por outros ) para ser interrompida no câncer de mama invasivo levando a uma detecção desta proteína no citoplasma. Curiosamente, uma associação entre claudin 1 e transição mesencimal epitelial foi recentemente estabelecida. Tal como acontece com e cadherin, os factores de transcrição, lesma e caracol, marcadores chave da transição mesenquimal epitelial, mostraram ligar-se ao promotor claudin 1, resultando na repressão da sua activação . O trabalho adicional do nosso laboratório também forneceu provas de que a expressão de claudin 1 no cancro da mama é ainda mais complexa do que se pensava. Usando estratégias de microarray tecidular, mostramos que em uma coorte de câncer de mama invasivo humano exibindo lesões patológicas mistas (340 biópsias, a maior examinada até à data), apenas uma pequena porcentagem de tumores expressam proteína claudin 1. A frequência de tumores positivos de claudin 1 foi significativamente menor do que a frequência de tumores observados como positivos para claudin 3 e 4, dois membros da família anteriormente mostrados como sobreexpressos em câncer de mama humano invasivo .

uma vez que o estado ER é muitas vezes considerado um importante classificador de cancros da mama (Tabela 1), queríamos determinar se havia alguma associação entre o receptor estrogénio/estrogénio e o claudin 1. Nós mostramos que em cancros da mama ERve (189 biópsias), um número significativamente pequeno de tumores (5%) foram positivos para a expressão claudin 1, enquanto que nos tumores ERve (151 biópsias), a frequência de coloração de tumor positivo para claudin 1 foi significativamente maior (39%) . Uma associação positiva também foi encontrada com EGFR, um marcador de mau prognóstico. Surpreendentemente, uma correlação significativa também foi encontrada com claudin 1 e marcadores do subtipo basal de câncer de mama , um subtipo agressivo de câncer de mama associado ao pior prognóstico e redução da sobrevivência do paciente. Também demonstrámos pela primeira vez que, na linha celular humana positiva para o receptor de estrogénio (ERve), MCF7, a expressão claudin 1 estava em baixo, regulada pelo estrogénio in vitro (dados não publicados).

6. Claudin 1 é muito mais do que um supressor de Tumor na Tumorigénese mamária?

observou-se tanto uma sobre e uma subexpressão de claudin 1 em diferentes tipos de cancros , delineando a complexidade do seu papel potencial na carcinogénese. No cancro da mama, a maioria dos estudos publicados até à data, embora em número limitado, mostram que a perda parcial ou total da expressão claudin 1 se correlaciona com o aumento do potencial maligno e da invasividade e com a recorrência da doença . Além disso, demonstrou-se que a re-expressão de claudin 1 nas células cancerígenas da mama induz apoptose . Além disso, os nossos estudos de microarray tecidular mostraram que uma frequência significativamente baixa de cancros da mama invasivos humanos foi positiva para a expressão do claudin 1 . Ao todo, estes estudos fornecem evidências que sugerem que claudin 1 funciona como um supressor de tumor na tumorigénese mamária. Paradoxalmente, nosso laboratório também forneceu evidências que sugerem que o papel de claudin 1 no câncer de mama pode ser muito mais do que um supressor do tumor. Nós mostramos em nossos estudos de TMA que a frequência de tumores positivos de claudin 1 foi significativamente maior nos cancros da mama ERve do que nos cancros da mama ERve . Tanto quanto sabemos, estes estudos são o primeiro relatório a abordar a expressão claudin 1 no cancro da mama no contexto do estatuto ER. Nós também mostramos que a positividade de claudin 1 (bem como claudin 4) foi significativamente associada com o subtipo basal de câncer de mama, um dos subtipos mais agressivos . De notar, num estudo recente de Kulka et al., 2008, foi demonstrado que a expressão de claudin 4 foi significativamente maior no subtipo basal de câncer de mama . Uma vez que claudin 1 é geralmente considerado um “supressor de tumor” no câncer de mama, nossas observações foram inesperadas. Como essas observações podem ser racionalizadas? Existem alguns cenários possíveis que podem explicar estes achados. Primeiro, é plausível que durante a tumorigénese, nem todas as células tumorais perdem a expressão claudin 1. De acordo com o modelo não linear proposto de subtipos de cancro da mama , é possível que as células que retêm a expressão claudin 1 sejam as células já pré-determinadas para se tornarem cancros basais ERve. Então, nestas células, o papel de claudin 1 pode ser o de um promotor de tumor em vez de um supressor de tumor. Por outro lado, se considerarmos o modelo linear dos subtipos de câncer de mama , acredita-se que as células tumorais progridam de ERve para ERve à medida que o câncer avança. Então, o aumento da frequência de tumores claudin 1 positivos na coorte ERve é atribuído a uma re-expressão de claudin 1 nestes tumores? Tal conceito é suportado pela expressão significativamente mais elevada de coloração de claudin 1 (um indicador de expressão proteica) que foi observado nos tumores ERve. Aqui, a função supressora do tumor do claudin 1 RE-expresso é assim eliminado e agora substituído por uma função potenciadora do tumor, facilitando assim a tumorigénese mamária. Esta Re-expressão de claudin 1 pode ser atribuída a uma série de fatores atenuantes, incluindo mutação genética no gene claudin 1 ou modificação epigenética da proteína. No entanto, estudos de análise de sequência da região de codificação de claudin 1 em pacientes com mama esporádica e hereditária não conseguiram identificar qualquer mutação significativa que possa ser responsável por alterar a expressão do gene claudin 1 nos tumores mamários. Uma possibilidade interessante é que quanto maior o nível do claudin 1 de proteína pode ser devido a um defeito interagindo parceiro resultando na incapacidade de claudin 1 para ser transportado de volta para a membrana de onde ela pode escapar mais para baixo regulamento, por outros fatores, e, portanto, levando a uma acumulação de claudin 1 no citoplasma. Este último foi recentemente demonstrado para e cadherin . Além disso, acredita-se que a combinação exata de proteínas de claudin dentro de um determinado tecido determine a força da junção apertada . Assim, uma das consequências desta acumulação aberrante de claudin 1 nos cânceres invasivos ERve da mama pode ser uma redefinição da composição da junção apertada, minando ainda mais a integridade da junção e, assim, facilitando ainda mais a progressão tumoral. Juntos, parece que o papel de claudin 1 ultrapassa o de um supressor de tumor. Gostaríamos de propor que claudin 1 funciona tanto como um supressor de tumor, bem como um potenciador de tumor/facilitador no câncer de mama. Propomos ainda que o seu papel facilitador do tumor esteja particularmente associado aos subtipos ERve do câncer de mama (Figura 3).

Figura 3

Um modelo hipotético de claudin 1 expressão em diferentes subtipos de câncer de mama. Este modelo propõe que claudin 1 é um supressor de tumor nos subtipos ER+ve do câncer de mama (luminal A E B) e um potenciador de tumor/facilitador nos subtipos ER∠(como basal, Her2 sobre expressão, como normal). Embora tenha sido demonstrada uma associação significativa entre claudin 1 e o subtipo basal, isso ainda está para ser determinado para o Her2 sobre expressão e os subtipos normais.

recentemente, um subtipo” claudin baixo ” de câncer de mama foi identificado que foi principalmente ERve e exibiu baixa expressão de claudin 3, 4 e 7 . Gostaríamos ainda de propor um subtipo “alto claudin” que é ER–ve e que exibe uma alta expressão de proteína claudin 1 (e claudin 4). Este subtipo incluiria os cancros basais da mama e excluiria os subtipos luminais ERve. O significado clínico de uma elevada expressão da proteína claudin 1 nos cancros da mama e da sua associação com o subtipo basal pode identificar o seu potencial uso como um indicador de diagnóstico e prognóstico para um subgrupo específico do cancro da mama.

7. Perspectivas futuras

a evidência crescente sugere que claudin 1 tem um papel único no cancro da mama e na progressão do cancro da mama. Uma vez que claudin 1 é uma proteína transmembranar com dois grandes laços extracelulares, é um candidato potencialmente atraente para uso em estratégias terapêuticas. À medida que começamos a abordar o papel de claudin 1 na progressão do cancro da mama, ficamos com muitas perguntas sem resposta. Qual é o nível de expressão da proteína claudin 1 nos diferentes subtipos histológicos do cancro da mama? O que desencadeia a sua regulação e faz com que claudin 1 Mude o seu papel em diferentes fases da progressão do cancro da mama? Porque é que o claudin 1 se acumula no citoplasma? Existe uma mutação no gene claudin ou proteína no subtipo basal do cancro da mama? Claudin 1 trabalha em conjunto com outras claudinas ou proteínas juncionais como e cadherin? Há conversas cruzadas com o receptor de estrogénio? É evidente que se justificam estudos de Análise Funcional mais pormenorizados, tanto in vitro como in vivo.

apenas se pode prever que mais subtipos de cancro da mama serão identificados num futuro próximo e uma compreensão mais clara das alterações celulares e moleculares que ocorrem durante a tumorigénese da mama será fundamental para facilitar uma gestão mais eficaz do doente e com impacto directo na redução das taxas de mortalidade. Só através dessa compreensão serão identificados novos biomarcadores que irão relatar as alterações metastáticas, a progressão do cancro da mama e servir como alvos terapêuticos que, em última análise, conduzem a um tratamento específico e individualizado dos doentes.

reconhecimento

os autores reconhecem gratamente o financiamento deste trabalho, que foi fornecido pela Fundação dos Serviços Médicos de Manitoba, A Fundação Paul Thorlakson, e a Fundação Canadiana para o cancro da mama.