Transición epitelial-mesenquimal

A transición epitelial-mesenquimal (TEM, ou, nas súas siglas en inglés, EMT) é un proceso por medio do cal as células epiteliais perden a súa polaridade celular e a adhesión célula-célula, e adquiren propiedades migratorias e invasivas, converténdose en células nai mesenquimais; estas son célula estromáticas multipotentes que poden diferenciarse en diversos tipos celulares. A TEM é esencial en numerosos procesos de desenvolvemento entre os que están a formación do mesoderma e do tubo neural. A TEM tamén ocorre durante a curación de feridas, na fibrose en órganos e na iniciación da metástase durante a progresión dun cancro. Introdución
A transcición epitelial-mesenquimal foi inicialmente recoñecida como unha característica da embrioxénese. A transición epitelial-mesenquimal (TEM) e o seu proceso inverso, transición mesenquimal-epitelial (TME) son esenciais para o desenvolvemento de moitos tecidos e o desenvolvemento do embrión, e numerosos eventos embrionais como a gastrulación, formación da crista neural, formación das válvulas cardíacas, a palatoxénese e a mioxénese. As células epiteliais e mesenquimais diferéncianse en fenotipo e función. As células epiteliais están estreitamente conectadas unhas con outras por medio de unións herméticas, unións comunicantes e unións adherentes, teñen unha polaridade apical-basal, presentan polimerización do citoesqueleto de actina e están unidas a unha lámina basal pola súa superficie basal. As células mesenquimais, por outra parte, carecen desta polarización, teñen unha morfoloxía fusiforme e interaccionan unhas con outras só por medio de puntos focais. As células epiteliais expresan altos niveis de E-cadherina, mentres que as mesenquimais expresan N-cadherina, fibronectina e vimentina. Deste xeito, a TEM supón que a célula sofre profundos cambios morfolóxicos e fenotípicos. A TEM clasifícase en tres tipos baseándose no contexto biolóxico, que sonː TEM do desenvolvemento (Tipo I), TEM da fibrose e curación de feridas (Tipo II), e TEM do cancro (Tipo III). Indutores da TEM
A perda da expresión da cadherina E-cadherina considérase un evento fundamental na TEM. Moitos factores de transcrición que poden reprimir a E-cadherina directa ou indirectamente poden ser considerados como factores de transcrición que inducen a TEM (ou FT-TEM). A SNAI1/Snail 1, a SNAI2/Snail 2 (tamén chamada Slug), a ZEB1, a ZEB2, a E47 e o KLF8 (factor 8 similar a Kruppel) poden unirse ao promotor da E-cadherina e reprimir a súa transcrición, mentres que factores como o Twist, o Goosecoid, o E2. 2 (tamén chamado TCF4), a proteína homeobox SIX1 e a FOXC2 (proteína C2 de caixa de cabeza de garfo) reprimen indirectamente a E-cadherina. A SNAIL e o factor ZEB únense ás secuencias consenso E-box (caixa E) na rexión promotora, mentres que KLF8 se une ao promotor por medio de caixas GT. Estes factores de transcrición que inducen a TEM non só reprimen directamente a E-cadherina, senón que tamén reprimen a transcrición doutras proteínas das unións celulares, como as claudinas e desmosomas, facilitando así a TEM. Por outra parte, os factores de transcrición como o GRHL2, e os factores de transcrición relacionados con ETS chamados ELF3 e ELF5 están regulados á baixa durante a TEM (máis ben impulsan directamente a TME cando se sobreexpresan en células mesenquimais). Moitos dos factores de transcrición indutores da TEM están implicados na promoción da metástase.
Varias vías de sinalización (TGF-beta, FGF, EGF, HGF, Wnt/beta-catenina e Notch) e a hipoxia poden inducir a TEM. En concreto, viuse que Ras-MAPK activa as proteínas Snail e Slug. Slug desencadea os pasos para a alteración desmosómica, a extensión celular e a separación parcial nos límites entre células, que son as primeiras e necesarias fases no proceso da TEM. Por outra parte, Slug non pode desencadear a segunda fase, a cal inclúe a indución da motilidade celular, a represión da expresión de citoqueratina, e a activación da expresión de vimentina. Snail e Slug regulan a expresión de [[isoforma]̟]s doutrofactor de transcrición chamado p63, que é necesario para ocorrecto desenvolvemento de estruturas epiteliais. A alteración da expresión de isoformas de p63 reduce a adhesión célula-célula e incrementa as propiedades migratorias das células cancerosas. O factor p63 está implicado na inhibición da TEM e a redución de certas isoformas de p63 pode ser importante no desenvolvemento de cancros epiteliais. Algunhas delas regulan a expresión de citoqueratinas. Recentemente, a activación do eixe da fosfatidilinositol 3' quinase (PI3K)/AKT estase considerando como unha característica central da TEM. Igualmente, crese que Hedgehog, NF-κB e o Factor de Transcrición 2 Activante están implicados na TEM.
A vía de sinalización Wnt regula a TEM na gastrulación, formación de válvulas cardíacas e cancro. A activación da vía Wnt en células de cancro de mama induce o regulador da TEM SNAIL e regula á alza o marcador mesenquimal, vimentina. Ademais, a vía Wnt/beta-catenina activa correlaciónase cun prognóstico clínico peor nos pacientes de cancro de mama. De xeito similar, o TGF-beta activa a expresión de SNAIL e ZEB para regular a TEM no desenvolvemento do corazón, a palatoxénese e o cancro. A metástase ósea no cancro de mama ten activada a sinalización TGF-beta, o cal contribúe á formación destas lesións. Porén, un supresor de tumores ben coñecido como p53 reprime a TEM ao activar a expresión de varios microARNs (miR-200 e miR-34 que inhiben a produción das proteínas ZEB e SNAIL), e así mantén o fenotipo epitelial. A TEM no desenvolvemento e curación de feridas
Despois de pasado o estado inicial da embrioxénse, a implantación do embrión e a iniciación da formación da placenta están asociados coa TEM. As células do trofoectoderma experimentan a TEM para facilitar a invasión do endometrio e que a placenta se sitúe apropiadamente, para que sexan posibles os intercambios de nutrientes e gases co embrión. Despois da embrioxénese, durante a gastrulación, a TEM permite que as células entren nunha área específica do embrión (a liña primitiva nos amniotas, e o suco ventral en Drosophila). As células deste tecido expresan E-cadherina e teñen unha polaridade apical-basal. Como a gastrulación é un proceso moi rápido, a E-cadherina é reprimida transcricionalmente por Twist e SNAI1 (chamado xeralmente Snail), e a nivel proteico pola proteína interaccionante P38. A liña primitiva invaxínase e xera o mesoendoderma, que se separa para formar o mesoderma e un endoderma, de novo por medio de TEM. As células mesenquimais da liña primitiva participan tamén na formación de moitos órganos mesodérmicos epiteliais, como a notocorda e as somitas, por mediodo inverso da TEM, é dicir, por medio da transición mesenquimal–epitelial. O anfioxo forma un tubo neural epitelial e unha notocorda dorsal, pero non ten o potencial de TEM da liña primitiva. Nos cordados superiores, o mesénquima orixínase da liña primitiva e migra anteriormente para formar as somitas e participar co mesénquima da crista neural na formación do mesoderma cardíaco.
Nos vertebrados, o epitelio e o mesénquima son os fenotipos de tecidos básicos. Durante o desenvolvemento embrional, as células da crista neural migratoria xéranse por TEM implicando as células epiteliais do neuroectoderma. Como resultado, estas células disócianse dos pregamentos neurais, gañan mobilidade, e disemínanse por varias partes do embrión, onde se diferencian en moitos outros tipos celulares. Ademais, o mesénquima da crista craniofacial que forma o tecido conectivo que forma a cabeza e a face, é formado polo epitelio do tubo neural por TEM. A TEM ten lugar durante a construción da columna vertebral a partir da matriz extracelular, a cal é sintetizada por fibroblastos e osteoblastos que rodean o tubo neural. A principal fonte destas células son o mesénquima das somitas e o esclerótomo e tamén da liña primitiva. A morfoloxía mesenqumal permite que as células viaxen a dianas específicas do embrión, nas que se diferencian e/ou inducen a diferenciación doutras células.
Durante a curación de feridas, os queratinocitos das beiras da ferida sofren TEM e despois unha reepitelialización ou TME (o inverso) cando a ferida está pechada. A expresión de Snail2 na fronte migratoria inflúe neste estado, xa que a súa sobreexpresión acelera a curación das feridas. De maneira similar, en cada ciclo menstrual, a superficie do epitelio do ovario sofre TEM durante a curación das feridas post-ovulatorias. A TEM na progresión do cancro e a metástase
Para que se inicie unha metástase requírese a invasión, a cal se realiza grazas á TEM. As células de carcinoma nun tumor primario perden a adhesión célula-célula mediada pola represión da E-cadherina e ábrense paso a través da membrana basal coas súas propiedades invasivas incrementadas, e entran no torrente sanguíneo por intravasación. Posteriormente, cando estas células tumorais circulantes (CTCs) saen do torrente circulatorio para formar micrometástases, experimentan unha transición mesenquimal-epitelial ou TME (o contrario da TEM) para o seu crecemento clonal nos sitios de metastáticos. Deste xeito, a TEMe a TME inician e completan a fervenza de invasión-metástase.
A TEM proporciona resistencia á senescencia prematura inducida por oncoxenes. Twist1 e Twist2, xunto con ZEB1 protexen as células humanas e os fibroblastos embrionais de rato da senescencia. Igualmente, o TGFβ pode promover a invasión do tumor e a evasión da vixilancia inmunitaria nos estados avanzados. Cando o TGFβ actúa sobre células epiteliais mamarias que expresan Ras activadas, a TEM está favorecida e a apoptose está inhibida. Este efecto pode ser invertido por indutores da diferenciación epitelial, como GATA-3.
A TEM é inducida pola terapia de privación de andróxenos no cancro de próstata metastático. Os programas de activación do TEM por medio da inhibición do eixe androxénico proporciona un mecanismo polo cal as células tumorais poden adaptarse e promover a recorrencia e progresión da doenza. Os impulsores moleculares destes programas son Brachyury, Axl, MEK, e a Aurora quinase A, e os inhibidores están actualmente en ensaios clínicos para determinar as súas aplicacións terapéuticas.
Indicouse tamén que a TEM está implicada na aparición de resistencia a fármacos. A adquisición de marcadores de TEM está asociada coa resistencia de liñas celulares epiteliais de carcinoma de ovario ao fármaco paclitaxel. De xeito similar, SNAIL tamén confire resistencia ao paclitaxel, á adriamicina e á radioterapia ao inhibir a apoptose mediada por p53. Ademais, a inflamación, que foi asociada coa progresión do cancro e a fibrose, foi recentemente relacionada co cancro por intermediación da TEM inducida por inflamación. Así, a TEM non só fai que as células cambien ao fenotipo migrador, senón que tamén actúa sobre a inmunosupresión múltiple, a resistencia a fármacos, e a evasión da apoptose, facendo así que a resposta do hóspede contra o tumor estea alterada.
Probas recentes indican que as células que sofren TEM adquiren propiedades similares ás das células nai, o que dá lugar á formación de células nai cancerosas (CSCs). Por medio da transfección por Ras activada, a subpoboación de células epiteliais mamarias humanas inmortalizadas CD44alta/CD24baixa, igual que as células cancerosas que posúen propiedades semellantes ás de células nai, increméntase coa indución ao mesmo tempo da TEM. Ademais, ZEB1 pode conferir propiedades de célula nai, reforzando así a relación entre a TEM e o carácter de célula nai. Esta propiedade proporcionada pola TEM é, por tanto, un dúo dobremente perigoso para o paciente, xa que non só facilita que as células do carcinoma entren no torrente circulatorio, senón que tamén as dota de propiedades de célula nai por mor das cales estas células incrementan o seu potencial proliferativo e tumorixénico. Xeración de céluas proxenitoras endócrinas nos illotes de Langerhans por medio de TEM
Igual que xera células nai cancerosas, demostrouse que a TEM xera tamén células proxenitoras endócrinas a partir de células dos illotes pancreáticos ou de Langerhans. Inicialmente, a primeira hipótese proposta era que as células proxenitoras derivadas dos illotes humanas (hIPCs) eran os precursores máis probables, xa que a proxenia de células β destas hIPCs herda marcadores epixenéticos que definen unha rexión promotora da insulina activa. Porén, máis tarde, outro conxunto deexperimentos indicou que as células β etiquetadas desdiferenciábanse a un fenotipo similar ao mesenquial in vitro, pero non podían proliferar, o que orixinou un debate.
Dado que estes estudos dos illotes humanos carecen dunha análise de rastrexo de liñaxe, estes descubrimentos feitos a partir de células β etiquetadas irreversiblemente en ratos foron extrapolados aos illotes humanos. Utilizando un sistema rastrexador de liñaxe dual xenético e lentiviral para etiquetar as células β, conseguiuse demostrar convincentemente que as células β dos illotes de humanos adultos sofren TEM e proliferan in vitro. Ademais, estes descubrimentos foron confirmados en células produtoras de insulina pancreáticas fetais humanas, e as células mesenquimais derivadas de illotes pancreáticos poden sufrir o proceso inverso da TEM, é dicir, a TME, para xerar agregados de células similares a illotes.
Por tanto, o concepto de xerar proxenitores a partir de células produtoras de insulina por medio de TEM ou a xeración de células nai cancerosas durante a TEM en cancros pode ter un potencial para a substitución de terapias na diabetes, e na creación de fármacos que inhiban a TEM en cancros. TEM parcial
Non todas as células sofren unha TEM completa, é dicir, a perda da súa adhesión célula-célula e adquisición de características de migración solitaria. En vez diso, moitas células sofren un TEM parcial, un estado no cal reteñen algunha adhesión célula-célula, e adquiren trazos migratorios, e así as células que están neste fenotipo híbrido epitelial/mesenquimal están dotadas con propiedades especiais como a migración celular colectiva. Nos primeiros traballos con modelos matemáticos sobre a TEM parcial, o autor dos traballos propuxo un mecanismo de interruptores biestables acoplados, no cal o bucle de retroalimentación dobre negativa de SNAIL1/miR-34 é responsable do interruptor reversible e regula a transición entre a TEM epitelial e a parcial, mentres que do bucle de retroalimentación de ZEB/miR-200 depende o interruptor irreversible e controla a transición entre a TEM parcial e a mesenquimal. Posteriormente, verificaron as súas predicións na liña celular MCF10A.