Mutacions i tumors: una anàlisi metagenòmica del Consorci Internacional del Genoma del Càncer

Genètica del càncer: En darrera instància qualsevol substància o factor que sigui mutàgen, és a dir que pugui introduir mutacions en una seqüència genètica, és un carcinògen. Això és així perquè el procés tumoral comença amb una sèrie de mutacions que transformen un llinatge cel·lular normal en un llinatge cel·lular tumoral. Dit això, cal també tindre present que hi ha agents carcinògens que no són mutàgens, sinó que actuen a través de la promoció de la supervivència dels llinatges tumorals. La taxa de mutació en els diferents teixits de l’organisme depèn de la dialèctica entre factors pro-mutació i factors correctors (sistemes de reparació d’ADN, interrupció del cicle cel·lular, apoptosi o suïcidi cel·lular). Entre els factors pro-mutació apareixen les substàncies tòxiques que, més o menys directament, introdueixen canvis en la seqüència de l’ADN dels nuclis cel·lulars. Existeixen diversos tests per analitzar la mutagenicitat de substàncies, com ara el test d’Ames. Però els estudis epidemiològics són insubstituïbles per conèixer l’impacte de substàncies tòxiques en els riscos poblacionals de desenvolupar càncer. Ara bé, aquests estudis no forneixen una resposta a la qüestió de si el càncer patit per una persona concreta fou degut o no a una exposició. És això que fa interessants els estudis sobre els senyals bioquímics concrets que deixen els mutàgens en les molècules genòmiques. La revista Nature publicarà la setmana vinent un article del Consorci Internacional del Genoma del Càncer, que analitza 4.938.362 mutacions corresponents a 7.042 línies cel·lulars tumorals. L’estudi ha estat coordinat per Michael R. Stratton, en col·laboració amb Ludmil B. Alexandrov i Serena Nik-Zainal, del Cancer Genome Project.

L’anàlisi de la prevalença de 96 tipus bàsics de mutació puntual en 30 tipus diferents de càncer ha permès Alexandrov et al. d’identificar un total de 21 signatures. Cada signatura reflecteix un patró d’adquisició de mutacions. El temps dirà si aquestes signatures tenen rellevància clínica en alguns tipus de càncer

Mutacions i càncer

Una línia cel·lular tumoral presenta un gran nombre de mutacions o canvis respecte a la seqüència genètica de l’individu en el qual s’ha generada. Òbviament, en els organismes pluricel·lular, el genoma individual no és més que la seqüència consens o majoritària entre totes les seqüències de les cèl·lules que l’integren. En tot cas, les mutacions presents en un tumor poden ser degudes a errors espontanis de la replicació d’ADN, a mutàgens (que poden ser substàncies endògenes, generades pel propi organisme, o exògenes, procedents del medi exterior), a modificacions enzimàtiques de l’ADN o a defectes en el sistema de reparació d’ADN. Dels centenars o milers de mutacions acumulades en un llinatge tumoral, no són més que una minoria les que es troben realment vinculades al procés tumoral.

S’han pogut trobar els signes que els mutàgens químics procedents del fum del tabac deixen en línies cel·lulars de càncers de pulmó, o també els signes que la radiació ultraviolada deixa en l’ADN de cèl·lules de càncers de pell. També ha estat possible veure com funcionaments incorrectes de la maquinària de reparació tenen una acció mutagènica (endomutagènesi) en llinatges de càncers colorectals.

El Consorci Internacional del Genoma del Càncer treu profit de les tècniques modernes de seqüenciació que permeten l’estudi integral i simultani de totes les mutacions d’una única mostra tumoral. Aquestes tècniques encara són fora de l’abast de l’ús diagnòstic habitual, no tan sols pel preu, sinó per la dificultat d’extreure’n conclusions clíniques valuoses. Però ja tenen un valor en el coneixement fonamental i, especialment, en l’epidemiològic.

Un catàleg mutacional de 7.042 càncers primaris

El material d’estudi és una compilació de 4.938.362 mutacions, algunes substitucions puntuals i d’altres petites insercions o delecions. Aquestes mutacions s’han extret de 7.042 catàlegs mutacionals, cadascun d’ells procedent d’una mostra de tumor primari. Aquests 7.042 tumors es corresponen a 30 classes diferents de tumors. Val a dir, que tan sols en 507 d’aquests 7.042 el catàleg procedeix d’una anàlisi completa del genoma. En la majoria de casos (6.535), les mutacions es van catalogar a partir de seqüenciacions d’exomes (és a dir de la part del genoma que s’expressa en ARN missatger). Els catàlegs de mutacions es fabricaven amb la comparació de les seqüenciacions tumorals amb seqüenciacions de mostres no-tumorals dels mateixos pacients.

És remarcable la diferència de taxes de mutació en els diferents tipus tumorals. En un astrocitoma pilocític, la prevalença de mutació somàtica és de 0,001 mutacions per megabase (és a dir 1 mutació per cada mil milions de nucleòtids, amb prou feines 3 mutacions en tot el genoma), taxa sorprenentment baixa fins i tot per a aquest tipus de tumor (que, de mitjana, presenta entre 0,01-0,1 mutacions per megabase). En l’altre extrem, hi ha tumors que presenten taxes de 400 mutacions per megabase (1 mutació per cada 2500 nucleòtids), com és el cas d’alguns càncers d’úter, colorectals o melanomes. Si s’analitzen xifres mitjanes per cada tipus de tumor, els valors habitual es troben entre 0,1 i 10 mutacions per megabase (és a dir entre 300 i 30.000 mutacions en tot el genoma). En línies generals, els càncers infantils tendeixen a presentar un nombre relativament baix de mutacions, mentre que els càncers associats a exposicions cròniques de mutàgens, com el càncer de pulmó associat a tabaquisme i el melanoma maligne associat a l’exposició solar, acumulen grans nombres de mutacions. Entre els factors que influeixen en l’acumulació de mutacions en els llinatges tumorals hi hauria l’edat de llinatge cel·lular (comptada des de la fertilització de l’òvul) i les diferents taxes de mutació que presenten els diversos tipus cel·lulars al llarg del seu procés de diferenciació.

El concepte de signatura o marca mutacional

El concepte de marca mutacional va més enllà de l’adducte d’ADN, és a dir de la presència directa, física, unida per enllaç covalent, de la substància mutagènica amb l’ADN mutat. Un agent mutàgen, per definició, no té dosi zero. N’hi ha prou amb una molècula per generar una mutació i que aquesta mutació sigui després heretada per tot un llinatge cel·lular format per milers de milions de cèl·lules individuals. Físicament, doncs, únicament en casos d’exposicions molt elevades, esperarem trobar adductes. A més, les tècniques de detecció d’adductes són molt més ineficients i costoses que les tècniques de seqüenciació (les quals, d’altra banda, passen per alt aquests adductes).

Així doncs, els trets que conformen una signatura o marca mutacional són fonamentalment trets de la seqüència genètica: tipus de mutació, context seqüencial de la mutació, en quina de les dues cadenes de la doble hèlix es troba, etc. Pel que fa als tipus de mutació, en el cas de substitucions tenim sis combinacions (C>A, C>G, C>T, T>A, T>C, T>G). Si a cada substitució hi incorporen dades sobre les bases directament annexes a la mutació puntual, tenim 96 tipus diferents de substitucions.

Amb l’esquema de 96 tipus de substitucions als 30 tipus de càncer, els autors troben 21 signatures mutacionals. Algunes signatures consisteixen en la prominència de tan sols 1 o 2 dels 96 tipus possibles. D’altres signatures es caracteritzen per una presència uniforme de totes 96 tipus de substitucions.

Identificades les 21 signatures mutacionals, els autors han de donar-los un contingut biològic. La signatura 1A/B, per exemple, es trobaria vinculada a la mutació espontània C>T, provocada per la desaminació de la 5-metil-citosina. Aquesta mutació espontània, de fet, es troba lligada al propi procés de metilació d’ADN. És lògic, doncs, que els autors trobin una forta correlació positiva entre la signatura 1A/B i l’edat de diagnòstic individual de càncer.

La signatura 2 es caracteritza principalment per mutacions C>T i C>G en la seqaüència TpCpN (on N vol dir qualsevol de les 4 bases). La signatura 2 es troba en 16 dels 30 tipus de càncer, i els autors l’associen a una sobreactivació de les citidin-deaminases de la família APOBEC, que formen part dels mecanismes normals de reparació de l’ADN.

Cadena positiva i cadena negativa

Només una part menor del genoma humà es transcriu a ARN missatge i després es tradueix a proteïnes. L’ADN és una molècula de doble cadena, i l’ARN és de cadena senzilla. Per cada gen, doncs, cal distingir entre una cadena de lectura (a la qual s’uneix l’ARN polimerasa per sintetitzar l’ARN missatger) i una cadena que no es llegeix (que té, en conseqüència de la complementarietat de les dues cadenes d’ADN, la mateixa seqüència que l’ARN missatger). La cadena de lectura té una major protecció contra mutacions, pel fet que l’ARN polimerasa II mentre transcriu ARN missatger, si topa amb defectes estructurals de la doble hèlix, desencadena el recrutament del mecanisme de reparació NER, que hi actua in situ.

Tenint present això, els autors reexaminen les mutacions dels seus catàlegs. Ara, de les 96 substitucions possibles, si tenim present aquest factor, ens apareixen 192 subclasses de mutació. Reexaminades, els autors troben que la signatura 4 mostra un biaix de cadena transcripcional per a les mutacions C>A. Els autors sospiten que la signatura 4, present en carcinomes de pulmó i en càncers de fetge, s’associaria als adductes d’ADN generats pels hidrocarburs policíclics. Aquests adductes produeixen distorsions en la doble hèlix, i són font d’una sobreactivació del mecanisme de reparació NER. La signatura 4, doncs, tindria un vincle amb la mutagènesi associada al tabaquisme. De manera simular, la signatura 7, que sobretot es troba en el melanoma maligne, mostra un biaix transcripcional per a C>T, associable a la formació de dímers de pirimidina com a mecanisme mutagènic de la llum ultraviolada.

També presenten biaix les signatures 12 i 16, que podria indicar la participació anàloga d’adductes en la mutagènesi de carcinomes hepatocel·lulars.

Insercions i delecions

L’estudi se centra en micromutacions, però els llinatges tumorals es caracteritzen sovint per la presència de grans mutacions que afecten grans regions cromosòmiques o cromosomes sencers (amb alteracions en el nombre de cromosomes: aneuploidies i poliploidies). No obstant, a banda de les substitucions puntuals, els autors consideren dues classes de mutacions:
– les insercions o delecions en regions de repeticions breus de nucleòtids.
– les insercions o delecions en zones amb microhomologies, que es corresponen també a zones on es poden produir amb més freqüència alteracions crosomòmiques.

De les 21 signatures identificades, n’hi ha tres que s’associen a un gran nombre d’aquests tipus d’insercions i delecions. És el cas de la signatura 6, que sovint s’associa a petites delecions (la majoria d’un sol nucleòtid) en zones regions de repeticions breus de nucleòtids. Aquestes delecions són les pròpies de l’anomenada “inestabilitat de microsatèl·lits”, que apareix amb relativa freqüència en diversos tipus de tumors (colorectal, uterí, hepàtic, renal, prostàtic, esofàgic, pancreàtic). Són mutacions derivades d’alteracions en els mecanismes de reparació d’ADN. La signatura 6, de fet, presenta una forta associació a càncers colorectals en els quals s’ha produït una inactivació de gens de reparació d’ADN. La signatura 15, present en càncers de pulmó i d’estómac, també mostra una associació amb aquests tipus d’insercions i delecions.

La signatura 3, d’altra banda, s’associa amb delecions de fins a 50 parells de nucleòtids de zones amb microhomologia superposades. De fet, aquestes mutacions semblen vinculades a la inactivació dels gens BRCA1 i BRCA2, especialment característica dels càncers de mama, d’ovari i de pàncrees. Els gens BRCA1 i BRCA2 participen en la reparació de doble cadena basada en la recombinació homòloga.

La hipermutació localitzada o kataegis

Kataegis, en grec, vol dir tempesta, i el nom que hom ha emprat per designar focus genòmics en els quals s’acumulen mutacions en alguns tipus de càncer de mama. Solen consistir en substitucions C>T i C>G en seqüències TpCpN, agregades en cúmuls que afecten una mateixa cadena de la doble hèlix. Alexandrov et al. mostren que els cúmuls de mutacions o kataegis no són exclusius del càncer de mama, sinó també majoritaris en els càncers de pàncrees, de pulmó i en limfomes de cèl·lula B.

La feina per endavant

Les 21 signatures trobades no són més que el principi. Una ampliació dels catàleg, ampliarà la llista. En tot cas, Alexandrov et al. reconeixen que caldrà dotar cada signatura d’un significat fisiològic/patològic, explicar-ne les característiques i l’origen. Per fer-ho proposen dues línies de recerca:
1.- la compilació de signatures mutacionals a partir de sistemes biològics exposats en el laboratori a mutàgens coneguts o a alteracions concretes de la maquinària de reparació de l’ADN
2.- la correlació de les contribucions de les signatures mutacionals amb altres característiques biològiques de cada tipus i subtipus de càncer.

Un dels coautors de l’estudi és Elías Campo, de la Unitat d’Hematologia del Servei d’Anatomia Patològica de l’Hospital Clínic de Barcelona. El seu interès de recerca se centra en la leucèmia limfoide crònica (CLL). Campo ha contribuït a explicar la signatura 9, observada en el CLL però també en limfomes malignes de cèl·lula B. La signatura 9 es caracteritza per mutacions T>G en contextos de ApTpN i TpTpN, i s’associa a hipermutacions en el gen de la immunoglobulina IGVH. Cal no oblidar que la hipermutació en aquest gen és part de l’activació normal dels limfòcits B en la resposta immunitària i que, de fet, les CLL més agressives s’associen a casos on el gen IGVH no pateix mutacions (Hamblin et al., 1999).

Lligams:

Signatures of mutational processes in human cancer

Notícia a l’IDIBAPS.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada