Hanahan y Weinberg65 han propuesto que las características distintivas del cáncer humano comprenden seis capacidades biológicas adquiridas durante el desarrollo del tumor, que incluyen el mantenimiento de la señalización proliferativa, la evitación de los supresores del crecimiento, la resistencia a la muerte celular, la habilitación de la inmortalidad replicativa, la activación de la invasión y la metástasis y la inducción de la angiogénesis. Dada la expresión anormal de miARN en los tumores, se cree que los miARN desregulados podrían afectar uno o varios de los sellos distintivos del cáncer para el inicio y la progresión del tumor. Dependiendo de sus genes diana, el miARN podría funcionar como oncogén o supresor tumoral en ciertas circunstancias.
Evadir los supresores de crecimiento y mantener la señalización proliferativa
La proliferación celular es el sello distintivo más importante del cáncer y su anormalidad es la causa principal de la tumorogénesis. En detalles, la progresión del ciclo celular es controlada por programas intracelulares y moléculas de señal extracelular, para alcanzar el equilibrio entre promover la proliferación celular y suprimirla. Las células se vuelven cancerosas cuando el crecimiento o la división de las células están fuera de control. A lo largo de los años de estudios, se hace evidente que algunos MIRNAS se integran funcionalmente en múltiples vías críticas de proliferación celular, y la desregulación de estos miRNAs es responsable de evadir los supresores del crecimiento y mantener la señalización proliferativa en las células cancerosas.
Las proteínas E2F, una familia de factores de transcripción, son reguladores críticos de la proliferación celular de una manera dependiente del ciclo celular. Una serie de estudios han demostrado que los MIRNAS participan en la regulación de la expresión de E2F. El miembro E2F E2F1 induce la transcripción del gen diana durante la transición de G1 a S66,y se define como un supresor de tumores porque los ratones deficientes en E2F1 desarrollaron una amplia variedad de cánceres. O’Donnell et al.28 mostraron que miR-17-92 inhibe la traducción de E2F1 después de ser activado por c-Myc. Teniendo en cuenta que c-Myc también induce directamente la expresión de E2F1, el clúster miR-17–92 puede actuar como un freno en este posible bucle de retroalimentación positiva para garantizar que los niveles de proteína E2F1 no aumenten precipitadamente en respuesta a la activación de c-myc.67 También se encontró que el cúmulo miR-17–92 regula la traducción de E2F2 y E2F368,y que los factores de transcripción E2F pueden a su vez inducir la expresión del cúmulo miR-17–92.69 Por lo tanto, el sistema de retroalimentación entre el cúmulo miR-17–92 y el E2F proporciona un mecanismo para mantener la progresión regular del ciclo celular en condiciones normales. Sin embargo, la sobreexpresión de miR-17–92, que es común entre varios tumores, interrumpe el ciclo de retroalimentación para promover la proliferación celular.70
La progresión del ciclo celular depende de diferentes ciclinas, quinasas dependientes de ciclinas (Cdk) y sus inhibidores, que están ampliamente regulados por los miRNAs. Hatfield et al.71 proporcionó la primera evidencia de que las células madre de la línea germinal de Drosophila con knockout Dicer-1 están bloqueadas en la transición G1/S, lo que sugiere que los miRNAs son necesarios para que las células madre de la línea germinal pasen el punto de control normal de G1/S. Además, las células madre de la línea germinal con deficiencia de Dicer mostraron una mayor expresión de Dacapo, un miembro de la familia de inhibidores de Cdk p21/p27, lo que implica que esta proteína está regulada negativamente por los miRNAs para promover la progresión del ciclo celular. De hecho,se ha identificado que el miR-221/222 se dirige directamente al inhibidor de Cdk p27Kip1 en células de glioblastoma, 72 lo que se confirmó en otras líneas celulares cancerosas y muestras de tumores primarios.73-75 La expresión ectópica de miR-221/222 aceleró la proliferación celular, mientras que su supresión indujo la detención del ciclo celular G1 en las células cancerosas. Además, se ha encontrado que la expresión de miR-221/222 está regulada al alza en una variedad de tumores humanos, lo que demuestra que la regulación de miR-221/222 del p27Kip1 es una vía oncogénica de buena fe. Al igual que el p27Kip1, el p21Cip1 y el p16INK4a también están regulados por miRNAs como el MIR-663,la familia miR-302 y el miR-24.7677, se encontró que el Mir-663 está regulado al alza en el carcinoma nasofaríngeo y actúa como oncogén para promover la transición celular G1/S in vitro e in vivo al dirigirse directamente al p21Cip1. Por lo tanto, el eje miR-663/p21Cip1 aclara el mecanismo molecular de la proliferación celular del carcinoma nasofaríngeo.78 Además de afectar la expresión de los inhibidores de Cdk, los miRNAs también son reguladores de la expresión de Cdk y ciclina. Por ejemplo, el miRNA-545 conduce a la detención del ciclo celular en las células de cáncer de pulmón al reprimir la expresión de la ciclina D1 y CDK4.79
Los MIRNAS participan en la proliferación celular, no solo a través de la orientación de los componentes del ciclo celular, sino también mediante la regulación extensiva de múltiples vías de señalización. Por ejemplo, se encontró que el miR-486, significativamente regulado a la baja en el cáncer de pulmón de células no pequeñas, afecta la proliferación y migración celular a través de las vías de señalización del receptor de crecimiento de insulina (IGF) y PI3K al dirigirse a IGF1, IGF1R y p85a.80
Resistencia a la muerte celular
La evasión de la apoptosis es otro sello distintivo importante de la progresión tumoral, que se cree está regulada por los miRNAs.81,82 Las células tumorales desarrollan una variedad de estrategias para limitar o eludir la apoptosis. Entre ellos, la pérdida de la función supresora tumoral p53 es la más común. Las formas alternativas de evadir la apoptosis incluyen la regulación ascendente de los reguladores antiapoptóticos, la supresión de los factores proapoptóticos y la inhibición de la vía de muerte inducida por ligandos extrínsecos. Los componentes involucrados en la antiapoptosis son ampliamente inhibidos o activados por los miRNAs.
Se ha identificado un número de miRNAs regulados por p53 que participan en funciones p53, y algunos de estos miRNAs pueden modular el nivel y la actividad de p53 de una manera de retroalimentación. Por ejemplo, Pichiorri et al.83 identificó que en el mieloma múltiple, tres miRNAs (miR-192, miR-194 y miR-215) son activados transcripcionalmente por p53 para suprimir la expresión de Mdm2 a través de la unión directa a su ARNm, protegiendo así a p53 de la degradación. Estos miRNAs son reguladores positivos de p53 y su regulación a la baja tiene un papel clave en el desarrollo de mieloma múltiple. Hay otra regulación de retroalimentación negativa, que ocurre entre miR-122 y p53. MiR-122 promueve la actividad de p53 a través de la ciclina G184 dirigida y la proteína de unión a elementos de poliadenilación citoplasmática85,que aumenta la sensibilidad celular al fármaco doxorrubicina, estableciendo una base para el desarrollo de una terapia combinada basada en quimio y miARN para el carcinoma hepatocelular.
La desregulación de otros miRNAs regulados por el p53 también confiere células cancerosas resistentes a la apoptosis. Por ejemplo, el cúmulo miR-17–92 es un objetivo novedoso para la represión transcripcional mediada por p53 bajo hipoxia. Su regulación a la baja sensibiliza a las células a la apoptosis inducida por hipoxia, mientras que su sobreexpresión inhibe la apoptosis. Por lo tanto, las células tumorales con expresión aumentada de miR-17–92 pueden escapar de la apoptosis inducida por hipoxia.86 Todos los resultados anteriores mostraron que p53 y sus miRNAs regulados forman una red para determinar elaboradamente el destino celular en condiciones normales. Sin embargo, las células cancerosas con p53 desregulado o sus MIRNAS diana podrían tener capacidad para resistir la muerte celular.
Los reguladores antiapoptóticos (Bcl-2 y Bcl-xL) y los factores proapoptóticos (Bax, Bim y Puma) son blancos potenciales de algunos miRNAs, que tienen un papel importante en la muerte celular. Como se mencionó anteriormente, el miR-15a y el miR-16-1 están significativamente regulados a la baja en la leucemia linfocítica crónica y su expresión se correlaciona inversamente con la expresión de Bcl-2. Otro estudio demostró que estos dos miRNAs reprimen la expresión de Bcl-2 e inducen la apoptosis. El Bcl-2 también fue regulado por otros miRNAs, como miR-204,87 miR-148a88 y miR-365.89 Denoyelle et al.90 encontraron que miR-491-5p induce de manera eficiente la apoptosis en las células cancerosas de ovario al inhibir directamente la expresión de Bcl-xL e inducir la acumulación de Bim. MiR-221/222 inhibe la apoptosis celular dirigiéndose al gen proapoptótico PUMA en las células de glioma humano. Y la caída del miR-221/222 induce la expresión de PUMA y la apoptosis celular, lo que sugiere que el miR-221/222 podría ser una diana terapéutica potencial para la intervención del glioblastoma.91
Los MIRNAS también participan en la resistencia a la muerte celular mediante la regulación de componentes de la vía apoptótica extrínseca, como el ligando Fas/receptor Fas. El MiR-21, con frecuencia regulado al alza en una variedad de cánceres, ejerce una función antiapoptótica en tumores pulmonares dependientes de k-Ras inhibiendo la expresión de Apaf-1, un componente importante de la vía apoptótica mitocondrial intrínseca, y disminuyendo los niveles de proteína del ligando Fas, un iniciador clave de la vía apoptótica extrínseca.La función del miR-21 se confirmó aún más con la observación de que la expresión ectópica del miR-21 protegía a las células cancerosas de la apoptosis inducida por gemcitabina.93 Shaffiey y otros94 identificaron que el miR – 590 suprime la expresión de ligandos del Saf en la LMA para promover la supervivencia celular. Además de modular la expresión de ligandos, los miRNAs desregulados también resisten la muerte celular a través de la regulación de la expresión de los receptores de muerte. Por ejemplo, Razumilava et al.95 encontró que el miR-25, sobreexpresado en las células de colangiocarcinoma maligno, es capaz de proteger a las células contra la apoptosis inducida por ligandos inducida por la apoptosis relacionada con el TNF al dirigirse al receptor de muerte-4 (DR4).
Invasión activadora y metástasis
La metástasis es un evento biológico complejo, dinámico y de varios pasos. La transición epitelial-mesenquimal (EMT) se considera un paso temprano y clave en la cascada metastásica, caracterizada por la pérdida de adhesión celular a través de la represión de la E-cadherina y la activación de genes asociados con la motilidad y la invasión. Se cree que la EMT está regulada por una variedad de vías de señalización como el factor de crecimiento transformador (TGF)-β, todos los cuales convergen en los factores de transcripción clave como ZEB, CARACOL y TWIST.96
Las evidencias crecientes muestran que los MIRNAS tienen un papel importante en la EMT y la metástasis del cáncer. Se encontró que los miRNAs regulados por el TGF-β participan en la señalización del TGF-β para inducir la EMT y facilitar la metástasis en neoplasias malignas avanzadas. El MiR – 155 es uno de los MIRNAS involucrados en este proceso de regulación. Se sobreexpresa en varias neoplasias malignas y se activa transcripcionalmente por señalización TGF-β / SMAD4. Estudios mecanísticos revelaron que el miR-155 promueve la EMT al apuntar a la GTPasa RhoA, un importante regulador de la polaridad celular y la formación y estabilidad de uniones estrechas. La caída de miR-155 suprime la EMT inducida por TGF-β y la disolución de uniones estrechas, así como la migración e invasión celular.97 En contraste con miR-155, miR-200 y miR-203 son inhibidos por TGF-β. Se demostró que la familia miR-200 afecta a la EMT al inhibir la expresión de los represores transcripcionales de E-cadherina ZEB1 y ZEB2.98 A su vez, la transcripción primaria miR-200 también es reprimida por ZEB1 y ZEB2,99 formando un bucle de retroalimentación doble negativa entre ZEB1/ZEB2 y la familia miR-200. Este bucle se propuso para explicar un dilema central en nuestra comprensión de la cascada metastásica: La expresión de miR-200 se regula significativamente a la baja en las células de cáncer de mama invasivo con mayor potencial metastásico que transmiten un fenotipo mesenquimatoso. Por lo tanto, la sobreexpresión forzada de miR-200c en las células mesenquimales aumenta la expresión de E-cadherina y promueve un fenotipo epitelial al inducir MET.100.101 Además, los miRNAs regulados por p53 miR-200 y miR-192 son mediadores críticos de los EMT regulados por p53, respaldados por la observación de que estos miRNAs son transactivados por p53 y modulan el programa EMT a través de la represión de la expresión ZEB1/2.102,103
TWIST y SNAIL son los otros dos factores clave de transcripción para promover la motilidad epitelial, la invasividad y la metástasis a través de la regulación de la expresión de ciertos miRNAs. Por ejemplo, el miR-10b se expresa altamente en las células de cáncer de mama metastásico y regula positivamente la migración e invasión celular, inducida por la unión directa de la TORSIÓN al promotor putativo del gen miR-10b. Además, la expresión ectópica de miR-10b en líneas celulares de cáncer de mama humano SUM149 y SUM159 no metastásicas induce invasión agresiva y formación de micrometástasis en modelos de ratones con inmunodeficiencia combinada grave, lo que proporciona una validación experimental de que la sobreexpresión de miRNAs individuales puede contribuir a la formación de metástasis in vivo.104 Además, los MIRNAS que regulan la expresión de estos factores de la EMT también son críticos para controlar la metástasis. Por ejemplo, miR-203 está significativamente regulado a la baja debido a la hipermetilación de su promotor en células de cáncer de mama altamente metastásicas. La restauración de miR-203 en células de cáncer de mama inhibe la invasión de células tumorales in vitro y la colonización metastásica pulmonar in vivo al reprimir el SNAI2, lo que sugiere que el bucle regulador de SNAI2 y miR-203 tiene un papel importante en la EMT y la metástasis tumoral.105,106
Otros miRNAs importantes que participan en la regulación de la metástasis son el miR-9 y el miR-212. La expresión MiR-9 es activada por c-Myc y n-Myc, los cuales se unen directamente al locus miR-9-3. El nivel de expresión de miR-9 se correlaciona estrechamente con la amplificación de MYCN, el grado tumoral y el estado metastásico en tumores de neuroblastoma. En los tumores primarios de mama de pacientes con enfermedad metastásica, la expresión de miR-9 es mucho más alta que en pacientes sin metástasis, lo que implica que miR-9 es un posible regulador del proceso metastásico. Ma et al. se identificó que miR-9 reduce la expresión de E-cadherina en las células de cáncer de mama a través de la unión directa a su región no traducida de 3′. La consecuencia de la regulación descendente de E-cadherina por miR-9 es la activación de la señalización de β-catenina para desencadenar la expresión de genes oncogénicos aguas abajo, lo que conduce a un aumento de la motilidad celular y la invasividad. La función de miR-9 se confirma además por el hecho de que la inhibición de miR-9 utilizando una «esponja» de miARN suprime la formación de metástasis en modelos animales, lo que implica que el silenciamiento de miR-9 puede representar un nuevo enfoque terapéutico en cánceres de mama avanzados para prevenir la formación de metástasis.107.108 MiR-212 está significativamente regulado a la baja en los tejidos del CCR humano debido tanto a la hipermetilación del promotor como a la pérdida de heterocigosidad. La sobreexpresión de miR-212 inhibe la migración e invasión de las células del CCR in vitro y la metástasis pulmonar in vivo al dirigir la expresión de MnSOD, que es necesaria para la regulación a la baja de los marcadores epiteliales y la regulación al alza de los marcadores mesenquimales en las células del CCR. Por lo tanto, el miR-212 podría ser un marcador pronóstico para que los pacientes con CCR puedan predecir su supervivencia, y tanto el miR-212 como el MnSOD también podrían ser dianas terapéuticas para el cáncer.109
Angiogénesis inducida
La angiogénesis es un proceso altamente coordinado para desarrollar nuevos vasos sanguíneos a partir de los preexistentes para satisfacer las necesidades de alimentos y oxígeno en el crecimiento tumoral y la metástasis.110 Como los tejidos tumorales tienen una concentración de oxígeno significativamente más baja que los tejidos normales circundantes, la hipoxia tiene un papel crítico en el microambiente tumoral al permitir el desarrollo y mantenimiento de las células cancerosas. El factor inducible por hipoxia (HIF) es un factor de transcripción clave en respuesta a la hipoxia, que influye en la expresión de varios genes, incluidos los miRNAs. El factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) es un factor angiogénico fundamental que dirige a las células endoteliales a construir nuevos vasos al unirse a sus receptores.111 Por lo tanto, es probable que los MIRNAS que se dirigen a las vías de señalización de HIF o VEGF tengan un impacto significativo en la angiogénesis. Ahora está bien documentado que el proceso de angiogénesis está regulado elaboradamente por miRNAs, algunos de los cuales se describen en detalle a continuación.
MiR-210 es el miRNA más consistente y significativamente inducido durante la hipoxia.112 Dos estudios independientes demostraron que la sobreexpresión de miR-210 en células endoteliales de venas umbilicales humanas normóxicas estimula la formación de estructuras capilares y la migración celular dependiente de VEGF. En contraste, el bloqueo miR-210 antagoniza estos procesos.113,114 Además, el miR-210 promueve la angiogénesis no solo dirigiéndose al ligando receptor tirosina cinasa efrina-A3,que es un factor antiangiogénico, 113, sino también mejorando la expresión del VEGF y del receptor VEGF-2 (VEGFR2).115
MiR-424 es inducido por hipoxia en células endoteliales para promover la angiogénesis in vitro e in vivo al dirigirse a cullin 2, una proteína de armazón para la ubiquitina ligasa. Este proceso estabiliza HIF1a y le permite activar transcripcionalmente la expresión VEGF.116 Otro miARN que induce la angiogénesis es el miR-21. Se dirige a PTEN para activar las vías de señalización Akt/ERK aguas abajo, lo que conduce a una alta expresión de HIF1a y VEGF.117 Por el contrario, miR-20b y miR-519c regulan negativamente la angiogénesis al dirigirse a VEGF y/o HIF1a.118,119 Además de regular el HIF1a, el miR-107 fue capaz de inhibir la expresión de HIF1ß, por lo que la regulación a la baja del miR-107 promueve la angiogénesis tumoral en condiciones hipóxicas.120
Investigaciones recientes han demostrado que el miARN exosómico de las células cancerosas podría ayudar a modular el microambiente tumoral. Una de las evidencias fue proporcionada por Umezu et al. Observaron que el miR-135b, que está sobreexpresado en exosomas de células de mieloma múltiple resistentes a la hipoxia, suprime el HIF1 inhibidor de factores (FIH-1) en las células endoteliales, promoviendo así la formación de tubos endoteliales a través de la vía de señalización HIF-FIH. Por lo tanto, el miR-135b exosómico puede ser un objetivo para controlar la angiogénesis por mieloma múltiple.121