piRNAs, un nuevo campo de biomarcadores en cáncer

Joaquín Pérez-Alvarado, José Miguel Moreno-Ortiz

Universidad de la Ciénega del estado de Michoacán de Ocampo

RESUMEN.

Los piRNA son secuencias de 24 a 32 nucleótidos asociados a proteínas PIWI de la familia argonauta, la cual posee propiedad endonucleasa. Son sintetizados a partir de regiones intergénicas repetitivas y su principal función, es el silenciamiento de transposones, sin embargo, se ha encontrado que su descontrol está asociado con el desarrollo de diversos tipos de cáncer. Varios piRNAs han sido propuestos como biomarcadores del desarrollo tumoral, sin embargo, no en todos los tipos de cáncer han sido estudiados, siendo el cáncer de mama y el cáncer gástrico los que encabezan la lista con un mayor número de publicaciones. El presente trabajo, se centra en conocer los piRNAs de mayor relevancia en tipos específicos de cáncer con la finalidad de promover su análisis en casos de cáncer en los que han sido poco estudiados, o que predominan epidemiológicamente en ciertas poblaciones.

Palabras Clave: piRNA, cáncer, biomarcadores

Abstract

piRNAs A NEW BIOMARKER FIELD IN CANCER

The piRNAs are sequences from 24 to 32 nucleotides associated with PIWI proteins from the Argonauta family, which possesses endonuclease holdings. They are synthesized from repetitive intergenic regions and their main function is the silencing of transposons, however, it has been found that its lack of control is associated with the development of various types of cancer. Several piRNAs have been associated as biomarkers of tumor development, however, It has not been studied in all types of cancer, recent investigations show that breast and gastric cancer are on top of the list with more publications related with piRNAs. Therefore, the present review focuses on knowing the most relevant piRNAs in specific types of cancer, in order to promote their analysis in the poorly studied cancer or that predominate epidemiologically in certain populations.

Keywords: piRNA, cancer, biomarkers

Introducción

Los piRNAs, son pequeñas secuencias de RNA con un tamaño entre 24 y 32 nucleótidos (1-3). Son moléculas estables debido a la presencia de un grupo metilo en su extremo 3´ (4) y una preferencia por uridina en su extremo 5´ (5). Su función principal está relacionada con el silenciamiento génico en células germinales en animales (2,6,7) y participa en la conservación del genoma mediante la represión de transposones (7,8). Los piRNAs son sintetizados a partir de regiones repetitivas intergénicas, aunque, nunca se ha encontrado una región promotora específica en la secuencia a ser transcrita (2,4). El proceso de biogénesis es similar al de cualquier RNA pequeño, difiriendo en que los piRNAs recién producidos se asocian a una proteína específica de la familia argonauta denominada PIWI, la cual cuenta con actividad endonucleasa y permitirá regular transposones (4,9,10). Dicha actividad endonucleasa está determinada porque, parte de la estructura de PIWI, presenta una región perteneciente a la familia de RNasa H que le da esa característica y que comparte con otras enzimas con actividad nucleasa y polinucleotidil transferasa (11). Debido a que los piRNAs participan en el silenciamiento génico, la atención se ha centrado en su mecanismo de acción ya que, un descontrol de los elementos transponibles puede provocar una inestabilidad en el genoma, desencadenando una tumorigénesis, por lo que los piRNAs podrían funcionar como un mecanismo de inhibición de la transposición (12). Por ello, es necesario elucidar el papel que juegan en las enfermedades humanas y, más en aquellas que son difíciles de combatir como lo es el cáncer.

Silenciamiento génico. Los transposones juegan un papel importante en el organismo, debido a que pueden causar mutaciones en el DNA durante su transposición alterando la conformación del genoma y repercutiendo posiblemente en el desarrollo de cáncer (13), por lo que los organismos deben controlar la movilidad de los transposones, en especial en células germinales y así asegurar que la próxima generación no tendrá efectos derivados por los elementos transponibles, ya que alteraciones en este tipo de células pueden pasar a la descendencia (14), a diferencia de las células somáticas en donde las alteraciones genéticas no pueden transmitirse de generación en generación (15), es por esto que las células germinales han desarrollado métodos efectivos para el control y silenciamiento mediante los llamados piRNAs (14). Los dos métodos mayormente descritos son: el silenciamiento génico mediante “ping pong” y el silenciamiento epigenético (16,17). El mecanismo más conocido es el de ping pong, en el cual el complejo que conforma a todo el piRNA sufre algunas modificaciones estructurales que finalmente le permitirán silenciar; una de estas es la unión con la proteína ZUC en el extremo 3´ la cual permitirá que el piRNA se una a la proteína Aubergine (AUB) (16). La unión con la proteína ZUC es importante debido a su función de endonucleasa, por otro lado la proteína AUB tiene preferencia por fragmentos que contienen uracilo en su extremo 5´terminal. Posteriormente la proteína HEN-1 catalizará la metilación del oxígeno en 2´ del piRNA (16,18). La modificación más relevante finalmente es la incorporación de dimetil arginina simétrica (sDMA) al extremo 3’ del piRNA causando cambios en su grupo amino terminal, este sDMA es detectado y encapsulado por un complejo proteico situado en los transposones llamado krimper (Krimp) que encapsula al grupo sDMA, para que posteriormente, el piRNA pueda degradar el transposón (3,4,16).

En el silenciamiento por epigenética, el piRNA es transferido al núcleo después de que HEN-1 medió la metilación como parte de las modificaciones estructurales que sufrió el piRNA, ya en el núcleo el piRNA tendrá la capacidad de metilar a las histonas presentes en la cromatina induciendo la formación de heterocromatina, lo que trae como consecuencia que el transposón ya no sea transcripcionalmente activo (3). Además se sabe que los piRNAs actúan en la vía de señalización de DNTM3L, proteína perteneciente a la familia de las ADN metiltransferasas y la cual juega un papel esencial en la metilación y represión de transposones estableciendo patrones de metilación, la pérdida del piRNA en esta ruta impide el reconocimiento y silenciamiento de transposones potencialmente activos por la vía DNMT3L (19).

piRNA de relevancia en cáncer. En los últimos años se han generado nuevas investigaciones en torno al papel que pueden tener los piRNAs en el desarrollo de neoplasias y como estos pudieran ser utilizados como biomarcadores. Específicamente el cáncer de mama y el cáncer gástrico, son los tipos de cáncer en los que se ha generado la mayor cantidad de estudios; al respecto Ng et al (2016) hicieron la revisión más extensa sobre piRNAs identificados hasta el momento, pero pocos trabajos similares incluyendo información de nuevos piRNAs ha surgido después. En cáncer de mama, cuatro piRNAs han mostrado mayor relevancia: piR-4987, piR-20365, piR-20485 y piR-20582; los cuales se han asociado con la progresión tumoral, además de que podrían estar implicados en otros procesos biológicos claves en el desarrollo de la enfermedad (20). También se ha descrito que algunos piRNAs podrían tener un papel metilador de genes relacionados con este tipo de cáncer, tal es el caso de piR-932, que al unirse con la proteína PIWIL2 forman un complejo que participa en la metilación de regiones promotoras (21), posiblemente silenciando genes mediante el mecanismo epigenético. Por ello los piRNAs pueden ser utilizados como biomarcadores contra este tipo de cáncer (22).

Por otro lado, en cáncer gástrico se ha propuesto utilizar piR-823 como un biomarcador, ya que in vitro utilizando líneas celulares de cáncer gástrico se demostró una disminución significativa del crecimiento celular después de que fueron transfectadas con piR-823. Por otro lado in vivo utilizando ratones se observó que al aumentar los niveles de piR-823, se inhibía de igual manera la proliferación celular, por lo que a este piRNA se le ha atribuido una actividad supresora de tumores (23). Se ha observado también que piR-823 se encuentra poco expresado en células tumorales en comparación con tejido normal; pero después de aumentar la expresión de piR-823 en células de cáncer gástrico, el crecimiento celular es inhibido (24). Además, al medir los niveles de piRNA-823 en sangre periférica se encontró que este había disminuido en pacientes con cáncer gástrico comparado con un grupo control (25). Otro piRNA estudiado en este tipo de cáncer es piR-651, sobreexpresado en muestras tumorales. Se ha demostrado en líneas celulares de cáncer gástrico que la inhibición de piR-651 suprime el crecimiento celular dependiendo de la dosis, deteniendo el ciclo celular en la etapa G2 (26). piR-651 y piR-823 se han identificado en cáncer de mama (27), y particularmente piR-651 se ha detectado en carcinoma hepático, cáncer cervical y cáncer de pulmón, lo que lo coloca como una molécula relevante para investigación (24).

Existen otros tipos de cáncer en donde la cantidad de estudios sobre piRNAs identificados es menor, en comparación con los cánceres descritos anteriormente, tal es el caso de cáncer de riñón, en donde se han identificado 19 piRNAs, los cuales han mostrado diferencias de expresión entre células malignas y células normales, estas diferencias de expresión los hacen ser moléculas clave para proponerlas como marcadores moleculares, sin embargo, solo 3 han estado mayormente asociados: piR-32051, piR-39894 y piR-43607; cuya sobreexpresión se relaciona con el desarrollo de metástasis en carcinoma de células renales de células claras (28). Por otro lado piR-823, que como se había mencionado ha sido identificado en cáncer de mama y cáncer gástrico, también se ha visto su participación en cáncer de riñón proponiéndolo como posible marcador mediante su detección en muestras de orina (29).

En cáncer de hígado, el piRNA que podría resultar más promisorio sería piR-HEP1, el cual no ha sido descrito en otros tipos de cáncer pero se sospecha que su mecanismo de acción está asociado con la inducción de la apoptosis de células cancerosas de hígado (24). Un estudio más reciente revela una expresión alterada de 31 piRNAs comparando dicha expresión en tejidos malignos y sanos (30). Sin embargo serían necesarios más estudios para conocer aquellos piRNAs que tienen una participación de mayor relevancia sobre alguna de las etapas en este tipo de cáncer.

Para cáncer pancreático, piR-017061 ha sido propuesto como posible marcador con una notable influencia sobre la carcinogénesis, puesto que su sobreexpresión en células malignas de cáncer pancreático, sugiere que se encuentra silenciando genes en células malignas ya que en células normales no se encontró esta expresión alterada (31). Por otro lado, en cáncer de pulmón también se ha sugerido la participación de piR-L-163 en la regulación del ciclo celular, al ser expresado de manera alterada (24) y no solamente en cáncer gástrico como anteriormente se sabía (32,33). De hecho, piR-L-163 también se encontró expresado en líneas celulares de cáncer de próstata junto con piR-823 lo cual sugiere que esta expresión puede variar dependiendo de los niveles hormonales no solo en este y sino en otros tipos de cáncer (27). Finalmente en cáncer de pene se analizó también la presencia de piRNAs destacando diez como los más abundantes: piR-49145, piR-34811, piR-49143, piR-36041, piR-33880, piR-49144, piR-35280, piR-43773, piR-33081 y piR-36173 (34); sin embargo, harían falta más estudios para determinar el tipo de asociación que presentan y si estos podrían ser utilizados como posibles biomarcadores.

Conclusión

Desde su descubrimiento los RNA pequeños han mostrado tener un papel fundamental en el desarrollo de cáncer. Los piRNAs juegan un rol importante derivado del silenciamiento de transposones, evitando la transposición, la aparición de mutaciones y por ende una posible carcinogénesis, por lo que la presente revisión muestra piRNAs específicos que han mostrado estar involucrados con el desarrollo de cáncer en alguna de sus fases. Con base en estos datos, podrían ser considerados como posibles biomarcadores; piR-651 y piR-823 debido a que por el momento son los piRNAs con mayor cantidad de estudios de asociación en diversos tipos de cáncer, destacando cáncer de mama y cáncer gástrico. Por el contrario, no existe evidencia sobre la participación específica de piRNAs en otros tipos de cáncer como cervicouterino, de ovario, de esófago, de vejiga, etc., que se encuentran entre los más frecuentes a nivel mundial. En consecuencia, resulta interesante el poder analizar la utilidad de cada uno de estos piRNAs en población mexicana, tomando en cuenta que pueden existir diferencias poblacionales y que los cánceres más frecuentes en esta población son diferentes a las de otros países.

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