Los genes supresores de tumores suelen considerarse el sistema de defensa del propio organismo contra el cáncer. Producen proteínas que contribuyen al mantenimiento y la reparación del ADN, reduciendo así el riesgo de que se acumulen mutaciones dañinas. Si estos genes dejan de funcionar correctamente o están presentes en cantidades insuficientes, el riesgo de cáncer puede aumentar. Sin embargo, los resultados de nuevas investigaciones indican que un exceso de una determinada proteína reparadora del ADN también puede suponer un problema. Investigadores de la Facultad de Medicina de Penn State descubrieron que una actividad excesiva del gen EXO1 puede dañar el ADN en lugar de protegerlo. En lugar de reparar el material genético, un exceso de EXO1 puede destruir el ADN y desestabilizar el genoma, una característica fundamental del cáncer.
Los resultados, publicados en *Nature Communications*, muestran que el gen EXO1 se sobreexpresa en entre el 20 % y el 30 % de los casos de cáncer de mama y de ovario, así como en los melanomas, cáncer de testículo, cáncer de cuello uterino y cánceres del sistema hepatobiliar —es decir, del hígado, la vesícula biliar y las vías biliares—. El equipo descubrió además que las células cancerosas con concentraciones inusualmente elevadas de EXO1 se comportan de manera similar a las células con mutaciones en el gen BRCA, conocidas por aumentar el riesgo de padecer cáncer de mama y de ovario de origen hereditario. Es importante destacar que este comportamiento similar al de las mutaciones BRCA se producía incluso cuando no existía ninguna mutación BRCA.
EXO1 podría ayudar a identificar a las pacientes para terapias dirigidas
Los investigadores descubrieron que los tumores con niveles elevados de EXO1 respondían a los tratamientos de una forma muy similar a la de los tipos de cáncer con mutaciones en el gen BRCA. «Aunque el EXO1 no predice el riesgo de cáncer, podría servir potencialmente como biomarcador para predecir qué pacientes tienen más probabilidades de responder a determinadas quimioterapias, lo que daría lugar a terapias más personalizadas», afirmó George-Lucian Moldovan, catedrático de Medicina Molecular y de Precisión y autor principal del estudio. «Los mismos fármacos destinados al tratamiento de tumores con mutaciones en el gen BRCA, que presentan menos efectos secundarios, podrían utilizarse potencialmente también para tratar tumores con sobreexpresión de EXO1 que no presenten mutaciones en el gen BRCA. Esto ampliaría el ámbito de aplicación de estos fármacos».
Para investigar el papel de EXO1, los investigadores analizaron datos tumorales del «Cancer Genome Atlas», un programa de genómica del cáncer del Instituto Nacional del Cáncer. Encontraron indicios de una sobreproducción de EXO1 en diversos tipos de cáncer, entre ellos tumores de mama, piel, hígado y cuello uterino, lo que concuerda con los resultados de investigaciones anteriores. Los niveles elevados de EXO1 se asociaron especialmente con el cáncer de mama de tipo basal, una forma agresiva de la enfermedad.
Cómo el exceso de EXO1 daña el ADN
A continuación, el equipo llevó a cabo experimentos de laboratorio con células cancerosas humanas. Los investigadores aumentaron de forma selectiva la producción de EXO1 para estudiar los efectos de un exceso de esta proteína en el ADN. Además, generaron una variante inactiva de EXO1 que, aunque se producía, había perdido su función enzimática. De este modo, pudieron demostrar que los daños observados en el ADN estaban causados efectivamente por la actividad de la proteína. En condiciones normales, la EXO1 actúa como unas tijeras moleculares que procesan el ADN dañado y, de este modo, favorecen los procesos de reparación. Sin embargo, en caso de sobreexpresión, esta función se desequilibra. En lugar de limitarse a procesar el ADN dañado, la EXO1 ataca cada vez más también estructuras importantes que se forman durante la duplicación del ADN.
Los investigadores identificaron dos mecanismos principales: por un lado, el exceso de EXO1 aumenta los huecos de ADN monocatenario, que normalmente se reparan rápidamente. Por otro lado, degrada las denominadas «horquillas de replicación inversas», estructuras protectoras que se forman durante la replicación del ADN para evitar daños genéticos. Ambos procesos provocan una pérdida de material genético y aumentan la inestabilidad del genoma.
La consecuencia es la acumulación de daños graves en el ADN, en particular de roturas de doble cadena. Estas se consideran una de las formas más peligrosas de daño en el ADN y pueden favorecer la aparición y el desarrollo de tumores. Sin embargo, al mismo tiempo, hacen que las células cancerosas sean más sensibles a determinadas quimioterapias y a fármacos dirigidos que causan más daños en el ADN. «Independientemente de la vía de señalización implicada, la sobreexpresión de EXO1 conduce a la aparición y acumulación de daños tóxicos en el ADN, como las roturas de doble cadena, lo que, en nuestra opinión, acaba provocando que el tumor sea más sensible a la quimioterapia y se potencie la muerte celular», explicó Alexandra Nusawardhana, autora principal del estudio, que este año se ha doctorado en Ciencias Biomédicas en la Facultad de Medicina de Penn State.
Por qué EXO1 imita las mutaciones del BRCA
Los genes BRCA producen proteínas que desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la estabilidad genómica. En concreto, protegen las estructuras sensibles del ADN durante la replicación y favorecen la reparación de las roturas de doble cadena mediante la recombinación homóloga, un mecanismo de reparación especialmente preciso. Cuando los genes BRCA están mutados, las células pierden parte de esta función protectora. Como consecuencia, las horquillas de replicación se vuelven más vulnerables a la degradación por parte de las nucleasas, lo que puede contribuir a daños en el ADN, a la inestabilidad genómica y, en última instancia, a la aparición del cáncer.
Sin embargo, en el estudio actual, los investigadores descubrieron que una actividad excesiva de EXO1 puede tener consecuencias similares, incluso cuando los genes BRCA funcionan con normalidad y no presentan mutaciones. Debido a su actividad de corte del ADN, el exceso de EXO1 ataca estructuras importantes que deberían protegerse durante la duplicación del ADN. Esto da lugar a un aumento de las brechas en el ADN, roturas cromosómicas y otras formas de daño genético que suelen observarse también en células con deficiencia de BRCA.
El equipo demostró además que la EXO1 actúa conjuntamente con la proteína de reparación del ADN MRE11. Ambas enzimas favorecen la degradación de las estructuras de replicación y aumentan las brechas de ADN monocatenario, lo que favorece la aparición de peligrosas roturas de doble cadena. Según los investigadores, la sobreexpresión de EXO1 genera, por lo tanto, un estado funcionalmente idéntico al de la pérdida de la vía de señalización de BRCA en tumores con mutaciones en BRCA. Aunque las causas subyacentes son diferentes, las consecuencias biológicas son muy similares.
Este fenómeno se denomina a menudo «BRCAness». Se refiere a tumores sin mutación en BRCA que, sin embargo, presentan las mismas vulnerabilidades moleculares que las células cancerosas con mutación en BRCA. Dado que su capacidad para reparar el daño en el ADN es limitada, estos tumores suelen ser especialmente sensibles a determinadas terapias, entre ellas los inhibidores de PARP, como el olaparib, y los fármacos quimioterapéuticos basados en el platino.
Sin embargo, sigue existiendo una diferencia importante: las mutaciones en el gen BRCA pueden transmitirse genéticamente y aumentan el riesgo individual de padecer cáncer incluso antes de que se desarrolle el tumor. La sobreexpresión de EXO1, por el contrario, es una alteración que se produce dentro de las células tumorales y no se transmite a la descendencia. Además, aún no está claro si los niveles elevados de EXO1 contribuyen directamente a la aparición del cáncer o si influyen principalmente en el comportamiento de tumores ya existentes.
Posibles repercusiones en el tratamiento del cáncer
Dado que los tumores que sobreexpresan EXO1 presentaban muchas características similares a las de los tumores con mutaciones en BRCA, los investigadores analizaron si también respondían de forma comparable a determinadas terapias contra el cáncer. La atención se centró en el olaparib, un inhibidor de PARP que ya se utiliza con éxito en el tratamiento del cáncer de mama, de ovario, de próstata y de páncreas con mutaciones en BRCA. Los inhibidores de PARP bloquean importantes mecanismos de reparación del ADN en las células tumorales. Dado que las células con deficiencia de BRCA ya tienen una capacidad de reparación limitada, no pueden compensar el daño adicional en el ADN y mueren.
El estudio demostró que también los tumores con una expresión elevada de EXO1 respondían de forma especialmente sensible al olaparib. Al parecer, la sobreexpresión de EXO1 genera un estado similar al de la mutación BRCA («BRCAness»), que hace que las células tumorales sean susceptibles a las mismas estrategias terapéuticas. Los resultados sugieren que, en el futuro, también los pacientes sin mutación detectable en BRCA podrían beneficiarse de los inhibidores de PARP, siempre que sus tumores presenten niveles elevados de EXO1.
Además, los investigadores estudiaron el efecto del cisplatino, un fármaco quimioterapéutico de uso frecuente que provoca daños en el ADN y, por lo tanto, impide la división de las células cancerosas. También en este caso, los tumores que sobreexpresaban EXO1 mostraron una mayor sensibilidad. Dado que estos tumores ya se encuentran sometidos a un estrés de replicación considerable y presentan un mayor número de daños en el ADN, su capacidad para reparar daños adicionales parece ser limitada. Esto podría explicar por qué responden especialmente bien al cisplatino.
Otro aspecto importante del estudio es el posible papel de EXO1 como biomarcador. Mientras que las mutaciones en BRCA solo se dan en una proporción relativamente pequeña de pacientes, se ha detectado una sobreexpresión de EXO1 en varios tipos de cáncer, entre ellos los tumores de mama, de ovario, de piel, de cuello uterino y de hígado y vías biliares. Por lo tanto, la determinación de los niveles de EXO1 podría ayudar a identificar a los pacientes que probablemente respondan especialmente bien a los inhibidores de PARP o a las quimioterapias basadas en platino.
A largo plazo, esto podría contribuir a un tratamiento oncológico más personalizado. En lugar de seleccionar las terapias basándose principalmente en el órgano de origen del tumor, se prestaría mayor atención a las características moleculares y a las alteraciones genéticas del tumor. En opinión de los investigadores, la EXO1 podría ser, por tanto, un marcador importante en el futuro para tomar decisiones terapéuticas de forma más específica y mejorar la eficacia de los tratamientos existentes. Sin embargo, para confirmar este potencial, se necesitan más investigaciones y ensayos clínicos con pacientes.