Potencial replicativo ilimitado

Las células de los mamíferos tienen programas autónomos e intrínsecos que limitan su multiplicación. Una vez que las poblaciones celulares generan una serie de duplicados, dejan de crecer en un proceso conocido como senescencia. Para conocer más sobre la senescencia celular, visita su hallmark. Esta senescencia puede eludirse deshabilitando proteínas como p53 o pRb, multiplicándose hasta entrar en un estado de crisis caracterizado por la muerte celular masiva, desorganización cariotípica asociada a la fusión de extremo a extremo de los cromosomas y, ocasionalmente, por la aparición de células con la capacidad de multiplicarse ilimitadamente. A esto último se le conoce como inmortalización.

En 1965, Leonard Hayflick describió cómo las células humanas diploides que cultivaba in vivo tenían un tiempo de vida finito. Después de multiplicarse de forma activa, su actividad mitótica disminuía gradualmente hasta que las células del cultivo se degeneraban y dejaban de crecer (es decir, entraban en senescencia). Mediante una serie de experimentos, Hayflick observó que, independientemente de que hubiese congelado o no las células, el número de divisiones siempre rondaba las 50. Hasta entonces se creía que el potencial de división de las células era ilimitado. A este fenómeno, por el cual las células tienen un potencial de divisiones limitado, se le dio el nombre de "Límite de Hayflick" (fue acuñado por Sir Frank Macfarlane Burnett, Premio Nobel de Medicina en 1960). Hayflick apreció que las células normales diferían de las células cancerosas en cultivos, ya que estas últimas eran inmortales y se seguían dividiendo de forma indefinida. Esta perspectiva llevó a que se originase el concepto de inmortalización de las células normales en los tumores.

En la década de los 70 se descubrió que en cada ciclo de replicación celular, los extremos de los cromosomas, llamados telómeros, se acortaban por la propia naturaleza de la replicación: la polimerasa de ADN no es capaz de replicar el extremo 3' de la doble cadena, fenómeno que James Watson llamó "problema del final de la replicación". En 1978, Elizabeth Blackburn descubrió que los telómeros del protozoo Tetrahymena thermophila consistían en secuencias hexaméricas de nucleótidos y, más tarde, se descubrió que lo mismo ocurría en mamíferos. Finalmente, se demostró que los telómeros se acortan a medida que las células se dividen y que estas secuencias repetidas sirven para proteger la eliminación de material genético durante la replicación. La telomerasa (TERT) solucionaba el "problema del final de la replicación" usando un molde de ARN (TERC) para sinterizar repeticiones hexaméricas TTAGGG (que es la repetición telomérica en humanos). Se ha visto que TERT y TERC son suficientes para reconstituir la actividad de la telomerasa in vitro, aunque también se sabe que hay factores adicionales que regulan el ensamblaje y la localización de la holoenzima de la telomerasa humana in vivo. La expresión de TERT se silencia durante el desarrollo, a diferencia de TERC y otros componentes de la telomerasa (que se expresan constitutivamente). En consecuencia, los niveles de TERT suelen actuar como el factor limitante de la actividad de la telomerasa en las células humanas somáticas, aunque TERC puede ser limitante en algunos cánceres y células madre. Sin embargo, en ciertos cánceres, los niveles de TERC aumentan, como en los carcinomas de cuello uterino, ovario, cabeza y cuello y pulmón, lo que proporciona una posible diana antitumoral.

En células en las que se produce acortamiento telomérico (lo normal), acaba dándose la fusión de los cromosomas que desemboca en la muerte de la célula afectada. En las células tumorales hay un mantenimiento de los telómeros por sobrerregulación de la enzima telomerasa (en el 85 – 90 %), que es la encargada de añadir las secuencias hexaméricas en los telómeros. Las células tumorales también pueden mantener los telómeros gracias a la activación del mecanismo ALT, que se basa en el intercambio de información entre cromosomas por mecanismos basados en la recombinación. Ambos mecanismos quedan suprimidos en células normales, pero en las células cancerosas se activan y permiten que pueda haber una multiplicación ilimitada. Se ha visto que la deficiencia telomérica facilita la progresión maligna (no hay apenas telomerasa), sirviendo como promotor de mutaciones, y luego la activación de la telomerasa estabiliza el genoma mutante y le confiere la capacidad replicativa ilimitada para generar tumores.

Se ha descubierto que la telomerasa no solo tiene la función de alargar y mantener el ADN telomérico, sino que, además, también posee otras funciones denominadas no canónicas entre las que están incluidas la modulación del estado de la cromatina, respuestas a daños del ADN o protección frente al estrés oxidativo y la actividad genética proliferativa.

Hay múltiples estrategias terapéuticas para atacar a la telomerasa:

1. Inmunoterapias: las vacunas peptídicas o de ADN suministran epítopos TERT inmunogénicos que estimulan las respuestas inmunitarias contra las células cancerosas que expresan la telomerasa (TERT es la subunidad catalítica de la telomerasa). Las terapias de transferencia de células adoptivas implican la introducción de células T citotóxicas específicas de la telomerasa.

2. Inhibidores directos de la telomerasa: hay moléculas pequeñas que pueden unirse a TERT e inhibir su actividad catalítica, lo que da como resultado un desgaste gradual de los telómeros. Alternativamente, los oligonucleótidos complementarios a la región molde de TERC pueden actuar como inhibidores competitivos de la telomerasa (TERC es el componente de ARN de la telomerasa).

3. Estabilizadores G-quadruplex (G4): interrumpen la función de la telomerasa al bloquear la resolución del ADN telomérico G-quadruplex.

4. Incorporación de análogos de nucleósidos en los telómeros recién sintetizados: alteran la unión de POT1, lo que provoca una disfunción de los telómeros que generauna respuesta al daño del ADN y, finalmente, la muerte celular.

5. Expresión del gen TERT: mutaciones en el promotor del gen TERT (TPM) puede producir nuevos sitios de unión para factores de transcripción que reactivan la expresión de este gen en los tumores. La regulación dirigida del promotor TERT mutante parece que puede ser un enfoque muy prometedor.

6. Alteración de la localización de la telomerasa: la interferencia en el reclutamiento de la telomerasa mediada por TCAB1 y las subunidades de Sheltering (telosoma) causa una disfunción de los telómeros.

Para que las terapias alcancen la eficacia clínica, los estudios deben centrarse en desarrollar inhibidores mejorados junto con modelos estructurales de telomerasa humana de mayor resolución. Además, considerando la heterogeneidad de los tumores y la capacidad de la mayoría de las células cancerosas para adaptarse rápidamente a los desafíos farmacológicos, es probable que las estrategias exitosas dirigidas a la telomerasa deban combinarse con terapias dirigidas o inmunoterapias para lograr efectos antitumorales.

Para saber más:

• Telomeres and telomerase: three decades of progress. Nat Rev Genet 20, 299–309 (2019).

• Human telomere biology: A contributory and interactive factor in aging, disease risks, and protection Science 350, 6265, 1193-1198 (2015).
  

Bibliografía empleada para elaborar el texto y las imágenes:

Gao J, Pickett HA. Targeting telomeres: advances in telomere maintenance mechanism-specific cancer therapies. Nat Rev Cancer 22, 515–532 (2022).

Guterres AN, Villanueva J. Targeting telomerase for cancer therapy. Oncogene 39, 5811–5824 (2020). 

Hanahan D, Weinberg RA. The hallmarks of cancer. Cell 100, 57-70 (2000).

Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell 144, 646-674 (2011).

Hayflick L. The limited in vitro lifetime of human diploid cell strains. Experimental Cell Research 37, 3, 614-636 (1965).

Shay J, Wright W. Hayflick, his limit, and cellular ageing. Nat Rev Mol Cell Biol 1, 72–76 (2000).