Letalidade sintética

A letalidade sintética defínese como un tipo de alteración xenética na que a combinación de dous eventos xenéticos resulta na morte celular ou na morte do organismo. Aínda que a anterior explicación é máis ampla, é común referirse á letalidade sintética máis en concreto como a situación que se orixina por unha combinación de deficiencias de dous ou máis xenes que orixinan a morte celular (sexa por apoptose ou sexa doutro xeito), mentres que unha deficiencia dun só destes xenes non. Nun cribado xenético de letalidade sintética, é necesario empezar cunha mutación que non teña como resultado a morte celular, aínda que o efecto desa mutación podía causar un fenotipo diferente (crecemento lento, por exemplo), e despois testar sistematicamente outras mutacións en loci adicionais para determinar cales causan, en combinación coa primeira mutación, a morte celular orixinada por deficiencia ou ausencia de expresión.

A letalidade sintética é útil na terapia do cancro dirixida a moléculas. O primeiro exemplo dun axente terapéutico dirixido a moléculas que aproveitou o enfoque da letalidade sintética, funcionaba por medio dun xene supresor de tumores inactivado (o BRCA1 ou BRCA2), un tratamento que foi aprobado pola FDA en 2016 (ver inhibidor de PARP). Un subcaso de letalidade sintética, no que as vulnerabilidades se orixinan pola deleción de xenes pasaxeiros e non por un supresor de tumores, é a denominada "letalidade colateral".

 Introdución 
miniatura|Esquema da letalidade sintética básica. Mutacións simultáneas nun par de xenes confiren letalidade, mentres calquera outra combinación de mutacións é viable.
O fenómeno da letalidade sintética describiuno por primeira vez Calvin Bridges en 1922, quen se decatou de que algunhas combinacións de mutacións no organismo modelo Drosophila melanogaster (a mosca do vinagre común) orixinaban letalidade. Theodosius Dobzhansky acuñou o termo "letalidade sintética" en 1946 para describir o mesmo tipo de interacción xenética nas poboacións de tipo silvestre de Drosophila. Se a combinación de eventos xenéticos resulta nunha redución non letal da eficacia biolóxica, a interacción denomínase enfermidade sintética. Aínda que na xenética clásica o termo letalidade sintética refírese á interacción entre dúas perturbacións xenéticas, a letalidade sintética pode tamén aplicarse a casos nos cales a combinación dunha mutación e a acción dun composto químico causa letalidade, mentes que a mutación ou o composto por si sós non son letais.

A letalidade sintética é unha consecuencia da tendencia dos organismos para manter esquemas de tamponamento (é dicir, plans de reforzo ou backup) que enxendran estabilidade fenotípica a pesar das variacións xenéicas subxacentes, dos cambios ambientais ou doutros eventos aleatorios como as mutacións. Esta robustez xenética é o resultado de vías redundantes paralelas e proteínas "capacitadoras" que camuflan os efectos das mutacións para que importantes procesos celulares non dependan de ningún compoñente individual. A letalidade sintética pode axudar a identificar estas relacións de tamponamento, e que tipo de doenza ou mal funcionamento pode ocorrer cando rompen estas relacións, por medio da identificación de interaccións xénicas que funcionan no mesmo proceso bioquímico ou vías que parecen non estar relacionadas.

 Cribados de alto rendemento 
Os cribados de letalidade sintética de alto rendemento axudan a esclarecer como funcionan os procesos biolóxicos sen un coñecemento previo da función do xene ou  interacción. A estratexia dos cribados debe ter en conta o organismo que se usou para o cribado, o tipo de perturbación xenética e se o cribado é de xenética "cara adiante" (forward) ou inversa. Moitos dos primeiros cribados de letalidade sintética realizáaronse en Saccharomyces cerevisiae. Este lévedo de xemación ten moitas vantaxes experimentais nos cribados, como ter un xenoma pequeno, un tempo de duplicación poboacional rápido, estados haploides ou diploide, e facilidade para a manipulación xenética. A ablación de xenes pode realizarse usando unha estratexia baseada na PCR e bibliotecas completas de coleccións de knockout de xenes para todos os xenes de lévedos anotados dos que se dispón publicamente. Tres métodos para analizar a letalidade sintética en lévedos son a matriz xenética sintética (SGA), a letalidade sintética por micromatrices (SLAM) e o mapado de interaccións xenéticas (GIM). Creouse un mapa de interaccións xenéticas a escala xenómica por análise de SGA en S. cerevisiae que comprendía un 75 % de todos os xenes do lévedo.

 Letalidade colateral 

A letalidade colateral é un subtipo de letalidae sintética na terapia do cancro personalizada, na cal se expoñen as vulnerabilidaades por deleción de xenes pasaxeiros en vez de por xenes supresores de tumores, que son eliminados por deleción debido á súa proximidade no cromosoma a importantes loci supresores que tamén sufriron deleción.

 Deficiencias na resposta aos danos no ADN 

 Deficiencia na reparación de discordancias no ADN 
As mutacións en xenes utilizados na reparación de discordancias no ADN (MMR polas súas siglas en inglés) causa unha alta taxa de mutación. En tumores, estas frecuentes mutacións a miúdo xeran antíxenos inmunoxénicos "non propios".  Un ensaio clínico en fase II en humanos feito en 41 pacientes, avaliou unha estratexia de letalidade sintética para tumores con ou sen defectos na reparación de discordancias no ADN (MMR). No caso de tumores esporádicos avaliados, a maioría sería deficiente en MMR debido á represión epixenética dun xene de MMR. (Ver Reparación de discordancias no ADN) O produto do xene PD-1 normalmente reprime respostas inmunitarias citotóxicas. A inhibición deste xene permite unha maior resposta inmune. Neste ensaio clínico en fase II con 47 pacientes, cando os pacientes de cancro cun defecto na MMR nos seus tumores se expoñían a un inhibidor de PD-1, entre o 67 % e o 78 % dos pacientes experimentaban supervivencia sen progresión da doenza relacionada coa inmunidade. A diferenza disto, os pacientes sen MMR defectiva, a adición de inhibidor de PD-1 xeraba só un 11 % de pacientes con supervivencia sen progresión relacionada coa inmunidade. deste xeito, a inhibición de PD-1 é principalmente por letalidade sintética con defectos na MMR.

 Deficiencia no xene da síndrome de Werner 

A análise de 630 tumores primarios humanos en 11 tecidos mostra que a hipermetilación do promotor de WRN (con perda de expresión da proteína WRN) é un evento común na tumoroxénese. O promotor do xene WRN está hipermetilado en aproximadamente o 38 % dos cancros colorrectais e nos carcinomas de células pulmonares non pequenas e nun 20 % dos casos de cancro de estómago, de próstata, de mama, de linfoma non de Hodgkin e de condrosarcomas, e ademais en niveis significativos noutros cancros avaliados. A proteína helicase WRN é importante na reparación recombinación homóloga e tamén ten funcións na reparación do ADN por unión de extremos non homólogos e na reparación por escisión de bases.

Os inhibidores da topoisomerase utilízanse frecuentemente como quimioterapia para diferentes cancros, aínda que poden causar supresión da medula ósea, son cardiotóxicos e teñen unha efectividade variable. Realizouse un estudo retrospectivo de 2006 cun prolongado seguimento clínico en pacientes de cancro de colon tratados co inhibidor da topoisomerase irinotecan. Neste estudo, 45 pacientes tiñan o promotor do xene WRN hipermetilado e  43 pacientes tiñan dito promotor non metilado. Irinitecan era moito máis beneficioso en pacientes con promotores de WRN hipermetilados (39,4 meses de supervivencia) que nos que non o tiñan hipermetilado (20,7 meses de supervivencia). Así, un inhibidor da topoisomerase parecía ter letalidade sintética con expresión deiciente de WRN.  Avaliacións adicionais tamén indicaron a letalidade sintética da expresión deficiente de  WRN e inhibidores da topoisomerase.

 Letalidade sintética do inhibidor de PARP1 clínica e preclínica 

Como revisaron Murata et al., cinco inhibidores de PARP1 están agora en ensaios clínicos en fase I, II e III, para determinar se un determinado inhibidor de PARP presenta letalidade sintética nunha gran variedade de cancros, incluíndo os de próstata, páncreas, pulmonares de células non pequenas, linfomas, mielomas múltiples e sarcomas de Ewing. Ademais, en estudos preclínicos usando cultivos celulares ou en ratos, están probándose a letalidade sintética de inhibidores de PARP1 contra deficiencias epixenéticas e mutacionais en aproximadamente 20 defectos de reparación do ADN ademais das deficiencias en BRCA1/2. Entre estes están deficiencias en PALB2, FANCD2, RAD51, ATM, MRE11, p53, XRCC1 e LSD1.

 Letalidade sintética preclínica de ARID1A 

ARID1A é un modificador da cromatina necesario para a unión de extremos non homólogos, unha importante vía para a reparación de roturas de dobre febra no ADN, e tamén ten funcións reguladoras da transcrición. As mutacións en ARID1A son unha das 12 mutacións carcinoxénicas máis comúns. A expresión diminuída por mutación ou epixeneticamente de ARID1A atopouse en 17 tipos de cancro. Os estudos preclínicos en células e en ratos mostran que a letalidade sintética por expresión deficiente de ARID1A ocorre por inhibición da actividade de metiltransferase de EZH2, por inhibición da quinase ATR reparadora do ADN, ou por exposición ao inhibidor de quinase dasatinib.

 Letalidade sintética preclínica de RAD52 

Hai dúas vías para a reparación por recombinación homóloga de roturas de dobre febra. A vía principal depende de BRCA1, PALB2 e BRCA2, mentres que unha vía alternativa depende de RAD52. Os estudos preclínicos de células deficientes en BRCA mutadas ou epixeneticamente reducidas (en cultivo ou inxectadas en ratos), mostran que a inhibición de RAD52 é sinteticamente letal con deficiencia de BRCA.

 Efectos secundarios 

Aínda que os tratamentos que usan a letalidade sintética poden deter ou retardar a progresión de cancros e prolongan a supervivencia, cada un dos tratamentos letais sintéticos ten algúns efectos secundarios adversos. Por exemplo, máis do 20 % dos pacientes tratados co inhibidor de PD-1 experimentan fatiga, erupcións, prurito, tose, diarrea, diminución do apetito, estrinximento ou artralxia. Por tanto, é importante determinar que deficiencia na resposta aos danos no ADN está presente, para que só se aplique un tratamento de letalidade sintética que vaia ser efectivo e non se aplique a pacientes que van ter efectos adversos sen un beneficio directo.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
Matriz xenéica sintética
Rescate sintético
Xene esencial

 Ligazóns externas 
 Repositorio de datos de interaccións xenéticas de lévedos
 Saccharomyces Genome Deletion Project
 Base de datos SynLethDB

Categoría:Xenética