THE GENETIC PATHOGENESIS OF COLORECTAL CANCER—AN UPDATE

Abstract
Colon cancer remains a significant cause of morbidity and mortality world-wide. Advances in the last few years have improved our understanding of the mechanisms governing colorectal carcinogenesis and have begun to impact patient care. It has long been believed that the progression from normal colonic epithelium to colon cancer is in every case a step-wise process in which specific pathologic and molecular markers can be identified for study and clinical therapy. While this hypothesis remains central to our understanding, in the past few years there has been a greater appreciation of the differences between individual colon cancers. In particular, current thinking suggests there are six cardinal features neoplastic cells share in common, however the mechanisms by which they are acquired by cells can vary considerably. Most notably, genetic instability appears to be critically important to this process, providing an appropriate environment in which these cardinal features arise. Progress has been made in understanding the genesis of chromosomal instability (CIN), microsatellite instability (MIN), epigenetic instability, as well as the mutations resulting from base excision-repair defects. This review highlights several of the more significant recent advances in colorectal carcinogenesis, with an emphasis on mechanisms promoting genetic instability.

Key words
Colon cancer, genetic instability, chromosomal instability, familial adenomatosis polyposis, base excision-repair

Artículo completo
Cada año fallecen cerca de 60 000 hombres y mujeres por cáncer colorrectal en los Estados Unidos, por lo cual es la segunda causa principal de muerte por cáncer. El estudio Global Burden of Disease estimó que en el año 2000 el cáncer de colon fue responsable del fallecimiento de cerca de medio millón de personas en el mundo.¹ Debido a estas cifras, esta neoplasia ha sido el centro de atención de intensas investigaciones. La investigación clínica básica realizada durante tres décadas ha arrojado ideas extraordinarias en cuanto a la base genética del cáncer colorrectal que ya han comenzado a tener influencia en el cuidado y atención de los pacientes. En los tres años que han transcurrido desde que revisamos este aspecto para Hematology/Oncology Clinics of North America,² hemos observado diversos avances, como la instauración de terapias de quimioprevención aprobadas para pacientes con poliposis adenomatosa familiar (PAF),^3-5 el reconocimiento de un nuevo síndrome de cáncer de colon familiar –la poliposis adenomatosa MYH (PAM)–,^6-9 la adopción de nuevas modalidades de pesquisa para el cáncer de colon^10-11 y el empleo de terapéuticas biológicas novedosas dirigidas hacia esta neoplasia.¹² Este trabajo recopila los conceptos principales de nuestro estudio previo e informa sobre los avances importantes ocurridos desde su publicación.
Conceptos de tumorigénesis colorrectal
Secuencia adenoma-carcinoma
La mayoría de los cánceres colorrectales de los seres humanos surgen de masas displásicas pero no malignas en el colon, llamadas adenomas.^2,13-16 Los pólipos adenomatosos se forman en el colon cuando los mecanismos que regulan la renovación del epitelio se interrumpen o desorganizan.² En los adenomas, estos mecanismos normales se van interrumpiendo progresivamente a medida que su tamaño y el grado de displasia se incrementan. La secuencia adenoma-carcinoma describe esta progresión desde la mucosa normal hasta el carcinoma invasivo y está bien avalada por numerosos estudios patológicos, epidemiológicos, clínicos observacionales y en animales.^2,13-16
Los focos crípticos aberrantes (FCA) son lesiones microscópicas que se cree son el paso intermedio entre la mucosa colónica normal y el pólipo adenomatoso.^17-19 La mayoría de los FCA son hiperplásicos (65% a 95%), aunque en una proporción significativa son displásicos y similares a los adenomas.^20,21 El análisis genético de los FCA identificó mutaciones que se observan típicamente en los pólipos adenomatosos.^17,20,22-28 Debido a que se considera que los FCA son las lesiones precursoras más tempranas en la progresión hacia el cáncer de colon se los está empleando como biomarcadores tempranos para neoplasia, tanto en estudios en animales como en seres humanos.
La carcinogénesis colónica es un proceso progresivo
Las herramientas de la biología molecular ayudaron a establecer que la carcinogénesis colónica es un proceso escalonado.^2,14,29,30 En cada paso del proceso se adquieren mutaciones somáticas o epigenéticas en el ADN celular. Es más probable que los fenómenos de mutación sean silentes, o que sean perjudiciales para la supervivencia de la célula, en vez de promover la neoplasia. Sin embargo, algunas mutaciones activan vías promotoras del crecimiento (por ejemplo oncogenes) o inactivan supresores tumorales y vías apoptóticas.^31,32 Estas clases de mutaciones aportan una ventaja en la supervivencia, lo que conduce a la expansión clonal y a la formación de una masa.^33,34 En una revisión fundamental sobre las características sobresalientes del cáncer, Hanahan y Weinberg³² describieron seis características cardinales necesarias para la carcinogénesis, como la autosuficiencia en las señales proliferativas, la insensibilidad a las señales antiproliferativas, la evasión de las señales apoptóticas normales, el automantenimiento de la angiogénesis, la invasión tisular y metástasis, y finalmente, el potencial ilimitado de duplicación. De esta manera, es la combinación de las mutaciones del ADN y la selección natural la que básicamente conduce a la evolución de un clon celular que ha adquirido estas seis características y que han sido exitosas para la transformación en una célula cancerosa.^33,34
Hanahan y Weinberg sugirieron además que las células cancerosas podrían adquirir estas características esenciales a través de vías temporal y mecánicamente distintivas. Esto pareció sugerir un gran grupo de vías posibles por las cuales un colonocito podría alcanzar su transformación neoplásica. Esto difirió marcadamente de una hipótesis previa de Fearon y Vogelstein,³⁵ quienes en 1990 sugirieron que los pasos hacia la carcinogénesis eran limitados; que ciertas mutaciones en los genes eran adquiridas con frecuencia y en un orden específico. Desde entonces numerosos estudios han avalado y mejorado posteriormente el modelo de Vogelstein.^2,30 A pesar de su amplia aceptación, este modelo no puede explicar las diferencias considerables que se reconoce que existen entre los cánceres. Quizás una síntesis de estos modelos puede probar ser el mejor abordaje (figura 1). En numerosos estudios se vio que la invasión del tejido es una característica tardía de la carcinogénesis del colon, mientras que el incremento de la proliferación y la reducción de la apoptosis se observan con frecuencia en forma temprana en los FCA.^{24-26,28,36-39}

Figura 1. Progresión escalonada hacia la carcinogénesis del colon humano. Según las características morfológicas, la progresión desde la mucosa colónica normal hasta el carcinoma aparece en forma de un patrón bastante predecible. Los focos crípticos aberrantes (FCA) displásicos son los precursores más tempranos; sin embargo, datos recientes sugieren que los pólipos y los FCA hiperplásicos podrían progresar hacia FCA displásicos y adenomas. Además, diversos fenómenos genéticos se pueden observar con frecuencia en pasos similares de la vía. La inestabilidad genética, con inclusión de los defectos en CIN, MIN y BER, y la mutagénesis epigenética se presentan, de manera característica, durante el estadio inicial de la progresión y proveen un entorno permisivo para que las células adquieran mutaciones adicionales, lo que provoca la adquisición de caracteres necesarios para la transformación carcinogénica. Durante esta progresión, diversas vías de regulación y de señalización son blancos frecuentes en cualquiera de sus niveles, lo que puede alterar su expresión o función. Estas vías incluyen, entre otras, la Wnt/APC/β-catenina, BMP/TGF-β/SMAD, Src, y K-ras.

La angiogénesis y el potencial de duplicación ilimitado se hallan por lo general incrementados en los pólipos tempranos a tardíos.^40-42 En resumen, la transformación neoplásica es un proceso escalonado en el cual las mutaciones del ADN y la selección clonal resultan en la evolución de una célula que expresa las características comunes a todas las células cancerosas.
Síndromes familiares de cáncer de colon
El estudio de los síndromes familiares de cáncer de colon y la identificación de las mutaciones genéticas transmisibles han sido de gran utilidad para nuestra comprensión del proceso de la carcinogénesis colónica. Con frecuencia se ha hallado que los genes identificados en los síndromes de cáncer familiares estaban mutados o silenciados en los cánceres colónicos esporádicos.^30,43-45 Mientras que el síndrome familiar de cáncer transmisible, la poliposis adenomatosa familiar (PAF) y el síndrome de cáncer de colon no polipoide (SCCNP) representan sólo el 5% de todos los cánceres de colon, la identificación de las mutaciones transmisibles predisponentes aportó luz sobre los genes cuya mutación es fundamental para la aparción de cánceres colónicos esporádicos.^30,43 Más recientemente, se describió un nuevo síndrome de poliposis en los seres humanos, la poliposis adenomatosa MYH (PAM), y se identificaron las bases genéticas para diversos trastornos familiares asociados con cáncer colorrectal (tabla 1). Cuando se examinan minuciosamente, se puede notar en estos síndromes familiares el predominio de diversas vías de señalización o regulatorias: Wnt/APC/β-catenina, TGF-β/BMP, falta de concordancia del ADN y mecanismos de reparación y escisión de bases. Todos los cánceres de colon familiares y esporádicos tendrán alteraciones significativas en al menos uno de estos mecanismos regulatorios y de señalización.



Aunque estas vías son el blanco frecuente de fenómenos mutagénicos durante la carcinogénesis colorrectal no se las encuentra en todas las neoplasias. En consecuencia, deben existir otros mecanismos alternativos, todavía no reconocidos o no completamente comprendidos, para la progresión neoplásica del epitelio colónico.^46-53 Los pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal tienen riesgo de cáncer de colon a través de una vía alternativa, cáncer asociado a la colitis (CAC).^54-57 Estas vías alternativas son importantes desde el punto de vista clínico y probablemente ampliarán nuestro conocimiento de la génesis tumoral. Sin embargo, nos concentraremos en el resto de los mecanismos de inestabilidad genética observados en la mayoría de los carcinomas colorrectales familiares y esporádicos.
Inestabilidad genética y epigenética
Aunque la acumulación de mutaciones somáticas del ADN es la fuerza de conducción detrás de la progresión al cáncer, la inestabilidad genética es con frecuencia la característica del medio que da lugar a estos eventos mutagénicos críticos.^33,58-60 La inestabilidad genética ha sido observada en las etapas más tempranas de la tumorigénesis, los FCA.^22,28,61 Ahora reconocemos que existen diversas formas distintivas de inestabilidad genética.^58,59,62 En el presente, nuestra comprensión de estas formas es limitado; a medida que aprendemos más, será más probable que su importancia se incremente para los modelos de cáncer colorrectal.
La vasta mayoría de los tumores en los seres humanos son aneuploides. La aneuplodía está marcada por la pérdida o ganancia de cromosomas completos, un fenotipo descrito como inestabilidad cromosómica (INC).⁵⁹ La pérdida de heterozigocidad (PDH) está asociada con este fenotipo; es la pérdida de un alelo de un gen. Así, solamente una copia de un gen necesita estar mutada somáticamente con la pérdida del alelo de tipo salvaje por la PDH. Las anormalidades cromosómicas de los tumores con INC también incluyen la amplificación génica y la translocación cromosómica. Si bien las causas de la INC son desconocidas, en los últimos años se han logrado avances significativos en el tema. Sin lugar a dudas, el daño de los puntos de control del ADN desempeña un papel en este proceso.^60,63,64 Más aun, la proteína APC, además de su papel central en la PAF y en la carcinogénesis esporádica, está involucrada en la segregación cromosómica.^65,66 El trabajo realizado más recientemente sobre la investigación del mantenimiento de los telómeros en células normales, así como de la supervivencia y multiplicación de las células neoplásicas aportó nuevas ideas hacia otro mecanismo potencial para explicar las inestabilidades observadas en los cánceres con INC.⁴² Los telómeros son complejos nucleoproteicos en los extremos de los cromosomas que funcionan para mantener la extremidad de éstos.^42,67 También funcionan para limitar el número absoluto de divisiones celulares. La actividad de la telomerasa en los adultos está limitada a los linfocitos activados, células germinales y células germinales tisulares. En ausencia de actividad de la telomerasa, los telómeros se acortan progresivamente con cada división celular.
Después de un número limitado de divisiones, los telómeros quedan acortados de manera crítica y son inestables e inducen la apoptosis celular o la senescencia.^42,68 Este período que provoca el acortamiento de los telómeros se denomina “crisis telomérica”. Si los puntos de control fallan, y si no son seguidos por senescencia o apoptosis, se observa inestabilidad cromosómica grave, con características similares a las observadas en las neoplasias humanas, como puentes cromosómicos, translocaciones no recíprocas, amplificación génica y rearreglos cromosómicos complejos.^42,69 Los estudios de pólipos colónicos y de cánceres humanos hallaron que la actividad de la telomerasa es baja y que la longitud de los telómeros estaba acortada en pólipos de tamaño pequeño a moderado. La actividad de la telomerasa está incrementada en los pólipos grandes y en los cánceres colorrectales,^70,71 lo que permite un potencial duplicativo ilimitado, un “sello” del cáncer. Asociados con la baja actividad de la telomerasa, los estudios de hibridación genómica comparativa (HGC) y los histológicos informaron incremento en las tasas de rearreglos cromosómicos, translocaciones no recíprocas y puentes en la anafase observados en los pólipos adenomatosos.⁷² Por último, los estudios en animales transgénicos avalan esta hipótesis.
Los cánceres epiteliales espontáneos son infrecuentes en ratones salvajes y en ratones con mutación de p53, sin embargo en los ratones con esta mutación y deficientes en telomerasa existe un incremento notable de tumores epiteliales de mama, piel y tracto gastrointestinal. Además, estos cánceres se caracterizan por translocaciones no recíprocas y por otras anomalías citogenéticas asociadas con los tumores con INC.^42,69,73,74 En conjunto, los estudios de tumores en seres humanos y los estudios en transgénicos sugieren que la crisis telomérica puede ser un mecanismo importante que provoca INC en cánceres con INC.
Quizá la mejor comprendida de las inestabilidades genéticas involucradas en la progresión del cáncer de colon sea el error en la determinación de la compatibilidad (RD).^75-77 El sistema de RD reconoce las incompatibilidades base a base y los apareamientos desiguales de inserción/deleción que tienen lugar con la duplicación del ADN y con la recombinación homóloga. Estos errores deben ser corregidos antes de la duplicación del ADN, porque de otra manera las mutaciones pasarían a las células hijas. Segmentos cortos repetitivos de ADN, conocidos como microsatélites, son vulnerables a este tipo de error. En células con deficiencia por RD, con frecuencia estos sitios se encuentran mutados.^58,59,76 Este tipo de inestabilidad genética se conoce como inestabilidad de microsatélites (INM o IMS). Los genes que contienen estas secuencias repetitivas en sus regiones de codificación son particularmente susceptibles a la inactivación de mutaciones durante la duplicación del ADN en neoplasias con IMS.^78-81 Los cánceres con IMS, a diferencia de los tumores con INC, tienden a ser diploides o casi diploides.^59,76 La INM puede aparecer tanto en cánceres de colon familiares como esporádicos, aunque los mecanismos responsables son bastante diferentes. El síndrome de Lynch (SCCNP) es un síndrome familiar de cáncer de colon con transmisión dominante^75,82,83 y se caracteriza por la aparición del tumor a una edad temprana (media de 45 años) y tasas elevadas de neoplasias extraintestinales,^75,82,84 como estómago, ovario, uréter, pelvis renal, cerebro (principalmente glioblastoma multiforme –también conocido como síndrome de Turcot–),⁸⁵ intestino delgado, sistema hepatobiliar y piel (neoplasia de las glándulas sebáceas: síndrome de Muir-Torre).⁸⁶ Se observa inactivación de mutaciones en líneas germinales en hMLH1 o hMLH2 en casi el 60% de las familias con SCCNP, y estas mutaciones de las líneas germinales también fueron descritas, aunque con una frecuencia menor, para hPMS1, hPMS2, hMSH6 y hMLH3.^87-93 En contraste, en tumores esporádicos con INM, son infrecuentes las mutaciones somáticas en hMLH1, hMSH2 y hPMS2.^94,95 Con mayor frecuencia, los niveles proteicos de hMLH1 están marcadamente disminuidos por un silenciamiento específico del gen por hipermetilación de los promotores.^96,98 Tomadas en conjunto, las formas familiares y esporádicas de INM representan cerca del 15% al 20% de los cánceres de colon.⁵⁹
Las bases del ADN se alteran continuamente por especies químicamente reactivas, desaminaciones hidrolíticas, metilaciones de guanina y alquilaciones. Esto puede llevar a la desigualdad en el apareamiento de los nucléotidos y a las mutaciones de transversión de bases (G → A o C → T) durante la duplicación del ADN si no se corrigen.⁹⁹ La vía de la reparación de escición de bases (REB) es responsable de la identificación de estas bases con modificaciones químicas y de la iniciación de su reparación. Estas mutaciones de base única son con frecuencia silentes, sin embargo si tienen lugar en secuencias críticas de codificación pueden provocar mutaciones sin sentido. Las primeras pueden ser inactivadoras (por ejemplo en APC) o activadoras (por ejemplo, Ras).^8,99,100 Las mutaciones sin sentido provocan acortamientos prematuros de la proteína si se encuentran dentro de la secuencia de codificación y son tipícamente inactivadoras. Diversos componentes de la vía de REB han sido recientemente involucrados en la patogénesis de la carcinogénesis colorrectal, como MED1 (MBD4), MGMT y hMYH.^{6-8,51,52,99,101-103}
Mientras que las inestabilidades genéticas cromosómicas y microsatélites tienden a ser recíprocamente exclusivas, los defectos de escisión y reparación de bases pueden observarse en cánceres INC+ y INM+, así como en un pequeño subgrupo de cánceres que son INC-/INM-.^51,52,99 MED1(MBD4) es una glucosilasa involucrada en la reparación de las desaminaciones de las metilcitocinas. Se halla con frecuencia mutada por la INM en tumores INM+.^102,104 Por el contrario, las mutaciones de la línea germinal hMYH están asociadas con un nuevo síndrome familiar atenuado de cáncer de colon que se asemeja a la PAF, ahora denominado PAM (poliposis adenomatosa MYH).^6-8 Estos pacientes presentan, como característica, desde 15 a más de 100 pólipos, con una edad promedio de presentación a partir de los 40 años. Resulta sorprendente que la transmisión sea autosómica recesiva, con una penetrancia del cáncer de al menos el 50%.^6,8 Los tumores de colon asociados con PAM son diferentes de los esporádicos y de los que están vinculados con PAF. Son diploides o casi diploides, y estables desde el punto de vista genético a nivel cromosómico y microsatelital. Además, se caracterizan por tasas frecuentes de mutaciones de transversión G → T, lo que provoca la inactivación de APC y la activación de K-ras.^6-8,100 La inactivación de MYH también se asoció, recientemente, con la patogénesis del cáncer de colon esporádico.¹⁰³ La metilguanina metil transferasa (MGMT) es otra enzima reparadora del ADN y un componente de la vía de REB.^51,52 La MGMT elimina las lesiones alquilantes de O⁶-metilguanina, las cuales, si no se corrigen, pueden resultar en mutaciones de transición G → A. Las transiciones G → A son una causa frecuente de mutaciones K-ras. En cánceres esporádicos, el gen MGMT está con frecuencia silenciado por la hipermetilación del promotor,^51,52,99 en particular en aquellos con fenotipos INC- e INM-. En resumen, la reparación de las bases químicamente modificadas del ADN es una función fundamental que puede ser una fuente importante de inestabilidad genética en células en las cuales estas vías se hallan interrumpidas.
Por último, la regulación epigenética de la expresión génica mostró desempeñar un papel importante en la carcinogénesis y puede ser el episodio crítico que conduce a la progresión en un subgrupo de cánceres de colon esporádicos.^105-110 Los mecanismos epigenéticos incluyen la metilación del ADN, el sello (imprinting) del gen, la acetilación de las histonas, y son con frecuencia empleados para el silenciamiento de los genes y para la represión de la transcripción viral y de los trasposones. Los dinucleótidos CpG están presentes en los promotores de muchos genes y están destinados a la metilación por una clase de enzimas conocidas como metiltransferasas del ADN.^108,109,111 Una vez que fueron metilados, una familia de proteínas que se conoce como MBDs (del inglés methyl-CpG binding domain proteins [proteínas ligadoras de metil-CpG]) se unen a los dinucléotidos CpG metilados y reclutan otros factores para formar un complejo que altera la conformación del ADN y de la cromatina hacia una configuración más estable y silente.
Mientras que la metilación CpG es en sí mutagénica (la desaminación de la metil-citosina puede provocar transiciones de los nucléotidos de C por T si no se corrigen), se cree que el silenciamiento de los genes supresores de los tumores y de la reparación del ADN mediante la hipermetilación del promotor puede ser el mecanismo predominante que promueve la carcinogénesis.¹⁰⁶ En el cáncer de colon, p16^lnk4a (regula la actividad de ciclina D), MLH1 (un gen RD), p14^ARF (reguladora en más de la actividad de p53), APC, y O⁶-MGMT (que repara las mutaciones de guanina a adenosina), han sido identificadas como blancos comunes para el silenciamiento mediante la metilación de promotores.^{96,98,112-115} Ya que la mayoría de los cánceres de colon tendrán algún grado de hipermetilación de promotores, un subgrupo tendrá un grado elevado de esta hipermetilación en varios supresores tumorales simultáneamente. Se ha propuesto que este subgrupo constituye una vía separada para la tumorigénesis colorrectal, llamada isla CpG del fenotipo metilador (CIMP, por sus siglas en inglés [CpG island methylator phenotype].^105,116-118 Los tumores CIMP+ son típicamente diploides o casi diploides (INC-), y pueden ser INM+ (debido a la inactivación de hMLH1) o pueden tener la REB alterada debido a la reducción de los niveles de MGMT. Más aun, el fenotipo CIMP+ parece estar presente típicamente en adenomas dentados y en pólipos hiperplásicos grandes. La caracterización clínica y molecular de este fenotipo es un área de activas investigaciones.Sinopsis
Desde la última vez que revisamos este tema se lograron grandes avances en relación con la comprensión de la carcinogénesis colorrectal. Quizá lo más interesante sea que mejoramos la idea que teníamos acerca de los mecanismos que gobiernan la inestabilidad genética y su papel en la progresión neoplásica. Continuamos creyendo que esta progresión neoplásica tiene lugar en un número limitado de vías, en las cuales se hallan inactivados supresores tumorales específicos o los oncogenes están activados en una secuencia bastante definida. Con la continuidad de las investigaciones veremos cambios sorprendentes en la forma de prevenir, diagnosticar y tratar esta enfermedad mortal.
Los autores no manifiestan “conflictos de interés”.

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