Inestabilidad de microsatélites

La inestabilidad de microsatélites ( MSI ) es una condición de hipermutabilidad genética (predisposición a la mutación ) que resulta de una reparación deficiente del ADN (MMR). La presencia de MSI representa una evidencia fenotípica de que la MMR no funciona con normalidad.

El sistema MMR corrige los errores que ocurren espontáneamente durante la replicación del ADN , como los desajustes de una sola base o las inserciones y deleciones cortas . Las proteínas involucradas en el MMR corrigen los errores de la polimerasa formando un complejo que se une a la sección de ADN con el desajuste, escinde el error e inserta la secuencia correcta en su lugar. ^{[ 1 ]} Las células con un funcionamiento anómalo del MMR son incapaces de corregir los errores que ocurren durante la replicación del ADN y, en consecuencia, acumulan errores. Esto provoca la creación de nuevos fragmentos de microsatélites . Los ensayos basados ​​en la reacción en cadena de la polimerasa pueden revelar estos nuevos microsatélites y proporcionar evidencia de la presencia de MSI.

Los microsatélites son secuencias repetidas de ADN. Estas secuencias pueden estar formadas por unidades de 1 a 6 pares de bases que se repiten y se encuentran adyacentes entre sí en el genoma. Si bien la longitud de los microsatélites puede variar de una persona a otra y contribuye a la "huella genética" individual, cada individuo posee microsatélites de una longitud fija. El microsatélite más común en los humanos es una repetición de dinucleótidos de citosina (C) y adenina (A) , que aparece decenas de miles de veces en todo el genoma. Los microsatélites también se conocen como repeticiones de secuencias simples (SSR).

La estructura de inestabilidad de microsatélites consiste en nucleótidos repetidos, que con mayor frecuencia se observan como repeticiones GT/CA. ^{[ 2 ]}

Los investigadores aún no han confirmado la definición precisa de la estructura MSI. Si bien todos coinciden en que los microsatélites son secuencias repetitivas, la longitud de estas secuencias sigue siendo objeto de debate. Algunas investigaciones sugieren que los MSI son secuencias cortas de ADN repetidas en tándem de uno a seis pares de bases a lo largo del genoma, mientras que otras sugieren que el rango podría ser de dos a cinco. ^{[ 3 ]}

Aunque los investigadores no se ponen de acuerdo sobre un umbral específico para el número de repeticiones en tándem que constituyen un microsatélite, existe consenso sobre su tamaño relativo. Las secuencias más largas se denominan minisatélites , y las aún más largas, sitios de ADN satélite . Algunos científicos distinguen entre las tres categorías por un número mínimo de pares de bases, y otros utilizan un número mínimo de unidades repetidas. La mayoría de las repeticiones se producen en regiones no traducidas, específicamente en intrones . Sin embargo, los microsatélites que se producen en regiones codificantes a menudo inhiben la expansión de la mayoría de los eventos posteriores. Los microsatélites constituyen aproximadamente el tres por ciento del genoma humano, o más de un millón de fragmentos de ADN. La densidad de microsatélites aumenta con el tamaño del genoma y se observa el doble en los extremos de los brazos cromosómicos que en los cuerpos cromosómicos. ^{[ 4 ]}

La MSI fue descubierta en 1993. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En términos generales, la inestabilidad de microsatélites (MSI) se produce por la incapacidad de las proteínas de reparación de errores de apareamiento (MMR) para corregir un error de replicación del ADN. La replicación del ADN ocurre en la fase "S" del ciclo celular ; el evento defectuoso que crea una región MSI ocurre durante el segundo evento de replicación. La cadena original no sufre daños, pero la cadena hija experimenta una mutación de cambio de marco de lectura debido al deslizamiento de la ADN polimerasa. Específicamente, la ADN polimerasa se desliza, creando un bucle temporal de inserción-deleción, que normalmente es reconocido por las proteínas MMR. Sin embargo, cuando las proteínas MMR no funcionan normalmente, como en el caso de la MSI, este bucle produce mutaciones de cambio de marco de lectura, ya sea por inserciones o deleciones, lo que da lugar a proteínas no funcionales. ^{[ 7 ]}

La inestabilidad de microsatélites (MSI) es única entre los polimorfismos del ADN, ya que los errores de replicación varían en longitud en lugar de en secuencia. La tasa y la dirección de las mutaciones que producen MSI son los componentes principales para determinar las diferencias genéticas. Hasta la fecha, los científicos coinciden en que las tasas de mutación difieren según la posición del locus. Cuanto mayor sea la longitud de la MSI, mayor será la tasa de mutación. ^{[ 4 ]}

Aunque la mayoría de las mutaciones de MSI son el resultado de mutaciones con cambio de marco de lectura, ocasionalmente los eventos mutacionales que conducen a MSI se derivan de la hipermetilación del promotor h MLH1 (proteína MMR). La hipermetilación ocurre cuando se agrega un grupo metilo a un nucleótido de ADN, lo que resulta en el silenciamiento génico y, por lo tanto, produce MSI. ^{[ 8 ]}

Los investigadores han demostrado que el daño oxidativo produce mutaciones con cambio de marco de lectura, lo que da lugar a la inestabilidad de microsatélites (MSI), pero no existe consenso sobre el mecanismo preciso. Se ha demostrado que cuanto mayor es el estrés oxidativo en el sistema, mayor es la probabilidad de que se produzcan mutaciones. Además, la catalasa reduce las mutaciones, mientras que el cobre y el níquel las aumentan al incrementar la reducción de peróxidos. Algunos investigadores creen que el estrés oxidativo en loci específicos provoca que la ADN polimerasa se detenga en esos sitios, creando un entorno propicio para el deslizamiento del ADN. ^{[ 9 ]}

Inicialmente, los investigadores creían que la inestabilidad de microsatélites (MSI) era aleatoria, pero existen indicios que sugieren que sus genes diana incluyen una lista cada vez mayor de genes. Algunos ejemplos son el gen del receptor beta del factor de crecimiento transformante y el gen BAX . Cada gen diana da lugar a diferentes fenotipos y patologías. ^{[ 10 ]}

Se cree que los microsatélites que se forman en regiones intrónicas/no codificantes dan lugar a la formación de estructuras secundarias de ADN (por ejemplo, G-cuadruplexos ) que pueden provocar daños en el ADN y la muerte celular si no se reparan. Esto se ejemplifica con la dependencia de la helicasa del síndrome de Werner en los cánceres MSI-H. ^{[ 11 ]}

La inestabilidad de microsatélites se asocia con cáncer de colon, cáncer gástrico, cáncer de endometrio, cáncer de ovario , cáncer de vías hepatobiliares, cáncer de vías urinarias, cáncer cerebral y cáncer de piel. La MSI es más frecuente en asociaciones con cáncer de colon. Cada año, se registran más de 500 000 casos de cáncer de colon en todo el mundo. Según los hallazgos de más de 7000 pacientes estratificados por MSI-Alto (MSI-H), MSI-Bajo (MSI-L) o Microsatélite Estable (MSS), aquellos con tumores MSI-H tuvieron un pronóstico un 15 % más positivo en comparación con los tumores MSI-L o MSS. ^{[ 12 ]}

Los tumores colorrectales con MSI se encuentran en el colon derecho, asociados con tejido poco diferenciado, altos niveles de mucinógenos, linfocitos infiltrantes tumorales y una respuesta del huésped similar a la enfermedad de Crohn. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Los tumores MSI-H que contribuyen al cáncer colorrectal presentan menos metástasis que otros cánceres colorrectales derivados. Esto se demuestra en investigaciones previas que muestran que los tumores MSI-H son más representativos en los cánceres en estadio II que en los de estadio III. ^{[ 3 ]}

Los científicos han explorado la conexión de las proteínas de clasificación de proteínas vacuolares (VPS) con la inestabilidad de microsatélites (MSI). Al igual que la MSI, la VPS está relacionada con los cánceres gástricos y de colon. Un estudio informa que las proteínas VPS estaban relacionadas con los cánceres MSI-H, pero no con los cánceres MSI-L, lo que restringe la VPS a los cánceres específicos de MSI-H. ^{[ 15 ]}

El estado MSI-H aumenta la posibilidad del síndrome de Lynch , pero también puede presentarse en pacientes sin este síndrome, y la confirmación del síndrome de Lynch requiere el análisis del ADN de la línea germinal . El síndrome de Lynch está asociado con MSI y aumenta el riesgo de cáncer de colon, endometrio, ovario, estómago, intestino delgado, tracto hepatobiliar, tracto urinario, cerebro y piel. ^{[ 3 ]}

Un estudio realizado con más de 120 pacientes con síndrome de Lynch atribuyó la reacción similar a la enfermedad de Crohn (RLC) asociada a la inestabilidad de microsatélites (MSI) a "neopéptidos específicos del tumor generados durante la carcinogénesis MSI-H". Este estudio corroboró además que "la presencia de protección inmunitaria antimetastásica en pacientes con cáncer colorrectal MSI-H podría explicar los hallazgos recientes de que la quimioterapia adyuvante con 5-FU no tiene efectos beneficiosos, e incluso podría tener efectos adversos, en este grupo". Los investigadores suponen que existe un papel protector de los linfocitos contra el cáncer colorrectal MSI-H que previene la metástasis tumoral. ^{[ 16 ]}

Los tumores MSI en el 15% de los cánceres colorrectales esporádicos resultan de la hipermetilación del promotor del gen MLH1, mientras que los tumores MSI en el síndrome de Lynch son causados ​​por mutaciones de la línea germinal en MLH1 , MSH2 , MSH6 y PMS2 . ^{[ 3 ]}

La inestabilidad de microsatélites (MSI) se ha evidenciado en la etiología de los carcinomas sebáceos. Los carcinomas sebáceos son un subtipo de una patología más amplia, el síndrome de Muir-Torre . La MSI se expresa de forma variable en el síndrome de Muir-Torre, y con mayor frecuencia se presenta junto con patologías compartidas en pacientes con cáncer de colon. Además, las proteínas MMR MLH1, MSH2, MSH6 y PMS2 desempeñan un papel fundamental en el carcinoma sebáceo periocular, que se observa en el párpado en el 40% de los carcinomas sebáceos. ^{[ 17 ]}

En mayo de 2017, la FDA aprobó un inmunoterapéutico llamado Keytruda ( pembrolizumab ) ( inhibidor de PD-1 ) para pacientes con tumores sólidos irresecables o metastásicos con alta inestabilidad de microsatélites (MSI-H) o deficiencia de reparación de errores de emparejamiento (dMMR) que han progresado tras un tratamiento previo. Esta indicación es independiente de la evaluación de la expresión de PD-L1 , el tipo de tejido y la localización del tumor. ^{[ 18 ]}

Diagnóstico de inestabilidad de microsatélites

La MSI es un buen marcador para detectar el síndrome de Lynch y determinar el pronóstico de los tratamientos oncológicos. En 1996, el Instituto Nacional del Cáncer (NCI) organizó un taller internacional sobre el síndrome de Lynch, que dio lugar al desarrollo de las "Guías de Bethesda" y los loci para las pruebas de MSI. Durante este primer taller, el NCI acordó cinco marcadores microsatélite necesarios para determinar la presencia de MSI: dos mononucleótidos, BAT25 y BAT26, y tres repeticiones de dinucleótidos, D2S123, D5S346 y D17S250. Los tumores MSI-H resultan de la MSI de más del 30 % de los loci MSI inestables (>2 o más de los 5 loci). Los tumores MSI-L resultan de menos del 30 % de los biomarcadores MSI inestables. Los tumores MSI-L se clasifican como tumores de etiologías alternativas. Varios estudios demuestran que los pacientes con MSI-H responden mejor a la cirugía sola, en lugar de a la quimioterapia y la cirugía, evitando así que los pacientes se sometan innecesariamente a la quimioterapia. ^{[ 3 ]}

Seis años después, durante el segundo taller organizado por el NCI para revisar el síndrome de Lynch en 2002, se revisaron las Directrices de Bethesda (publicadas posteriormente en 2004 ^{[ 19 ]} ), que recomendaban nuevos criterios para las pruebas de MSI. En concreto, se identificaron los cinco loci mononucleotídicos como superiores a la mezcla de loci mono y dinucleotídicos, ya que los loci dinucleotídicos podían aparecer desplazados cuando en realidad no lo estaban, lo que aumentaba la posibilidad de un resultado MSI-H falso positivo.

El primer kit disponible comercialmente fue proporcionado por Promega Corporation , Madison, Wisconsin, y se denominó Sistema de Análisis de Inestabilidad de Microsatélites 1.2 (RUO). Desde entonces, el Promega MSI RUO ha sido ampliamente adoptado desde 2004, con más de 120 publicaciones revisadas por pares que lo reconocen como el estándar de oro a nivel mundial para determinar el estado de MSI en tejido canceroso.

Recientemente, se han introducido con éxito en el mercado kits de detección de MSI basados ​​en PCR en tiempo real ^{[ 20 ]} . El formato de tubo cerrado de un solo paso, la alta precisión y sensibilidad de los productos basados ​​en PCR en tiempo real, sin ningún análisis adicional después de la amplificación por PCR en comparación con los métodos tradicionales (PCR seguida de análisis de fragmentos), se han considerado ventajas cruciales.

La inteligencia artificial también se ha utilizado para predecir la inestabilidad de microsatélites (MSI) a partir de la apariencia de los tumores bajo el microscopio. ^{[ 14 ] [ 21 ]} La patología digital puede someterse a técnicas de aprendizaje automático y se pueden realizar predicciones sobre la MSI sin necesidad de pruebas moleculares. ^{[ 14 ]} Estos métodos aún no han mostrado resultados suficientes para su incorporación en la atención clínica.

Los mecanismos directos e indirectos contribuyen a la resistencia a la quimioterapia. Los mecanismos directos incluyen vías que metabolizan el fármaco, mientras que los indirectos incluyen vías que responden al tratamiento quimioterápico. La vía de reparación del ADN NER desempeña un papel fundamental en la reversión del daño celular causado por agentes quimioterapéuticos como el 5-FU. ^{[ 22 ]}

En mayo de 2017, la FDA aprobó un inmunoterapéutico llamado Keytruda ( pembrolizumab ) ( inhibidor de PD-1 ) para pacientes con tumores sólidos irresecables o metastásicos con alta inestabilidad de microsatélites (MSI-H) o deficiencia de reparación de errores de emparejamiento (dMMR) que han progresado tras un tratamiento previo. Esta indicación es independiente de la evaluación de la expresión de PD-L1 , el tipo de tejido y la localización del tumor. ^{[ 18 ]}

Los investigadores han descubierto otro tipo de inestabilidad de microsatélites (MSI), denominada alteraciones elevadas de microsatélites en repeticiones de tetranucleótidos seleccionadas (EMAST). Sin embargo, EMAST es único porque no se deriva de la reparación de errores de apareamiento del ADN (MMR) y suele estar asociado a mutaciones en el gen TP53 . ^{[ 7 ]}

EMAST se observa en diversos tipos de cáncer, incluidos los de pulmón, cabeza y cuello, colorrectal, piel, tracto urinario y órganos reproductores. Los órganos externos presentan mayor potencial para EMAST. Algunos investigadores creen que EMAST podría ser consecuencia de la mutagénesis. La presencia de EMAST en márgenes positivos en casos de cáncer con márgenes negativos sugiere una recidiva de la enfermedad en los pacientes. ^{[ 27 ]}