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Conservación de las vías de señalización oncogénica en C. elegans
El cáncer está impulsado por combinaciones de alteraciones genéticas y epigenéticas que perturban la proliferación, la diferenciación, la supervivencia, el mantenimiento del genoma, el metabolismo y las interacciones con el microambiente. C. elegans no puede reproducir cada característica de la malignidad humana, pero puede aislar funciones de vías conservadas en un contexto de organismo completo. Por lo tanto, los modelos más informativos combinan una lesión molecular definida con un fenotipo medible y una analogía clara con el cáncer humano.
Señalización RTK-RAS-ERK
La activación de las quinasas tirosina receptora (RTK) promueve la dimerización o reorganización del receptor y la trans-autofosforilación de residuos tirosina en el citoplasma7. Los sitios de anclaje de tirosina fosforilada reclutan proteínas adaptadoras y factores de intercambio de nucleótidos de guanina, que convierten a RAS del estado unido a GDP al estado unido a GTP7,8. RAS-GTP recluta a las quinasas RAF hacia la membrana plasmática, donde la activación de RAF inicia la cascada de quinasas RAF–MEK–ERK8,9. La ERK activada fosforila sustratos citoplasmáticos y nucleares que regulan la proliferación, diferenciación, supervivencia y el destino celular10. Por lo tanto, mutaciones oncogénicas en RAS o actividad anómala de RTK pueden mantener la actividad de la vía de forma independiente del control extracelular normal8,11.
C. elegans codifica múltiples RTK, incluyendo LET-23/EGFR y EGL-15/FGFR12. Durante la inducción vulvar, LIN-3/EGF activa LET-23 y la cascada conservada SEM-5/GRB2–SOS-1–LET-60/RAS–LIN-45/RAF–MEK-2–MPK-1/ERK12,13,14. La regulación dependiente de ERK de LIN-1 y LIN-31 determina los destinos celulares de las células precursoras vulvares12,15. Una actividad reducida de la vía produce un fenotipo sin vulva, mientras que una activación excesiva—como alelos con ganancia de función de let-60—produce el fenotipo multivulva (Muv)15,16. La misma vía también regula el desarrollo del conducto excretor, las conexiones uterinas-vulvares y varios procesos masculinos y de la línea germinal12,17,18,19. La señalización de EGL-15/FGFR controla la migración de los mioblastos sexuales, el mantenimiento muscular, la guía axonal y la homeostasis de líquidos20,21,22,23. Debido a que la actividad de la vía depende del tejido y de la etapa, los modelos informativos relacionados con el cáncer se definen por una lesión molecular específica, un contexto tisular relevante y una lectura cuantitativa12.
Señalización Notch
Notch es una vía de señalización dependiente del contacto celular en la que un ligando unido a la membrana de la familia Delta/Serrate/LAG-2 (DSL) en una célula activa un receptor Notch en una célula adyacente24,25. Durante la maduración del receptor, ocurre un corte S1 en la vía secretora24. La unión del ligando expone entonces el sitio S2 a las proteasas de la familia ADAM, seguido por el corte S3 mediante la γ-secretasa24,25. El dominio intracelular de Notch liberado entra al núcleo y forma un complejo transcripcional con proteínas de unión al ADN de la familia CSL y coactivadores de la familia Mastermind24. En C. elegans, los factores nucleares correspondientes son LAG-1 y SEL-825.
C. elegans posee dos receptores Notch, LIN-12 y GLP-125. En la línea germinal adulta, las células del extremo distal (DTC) proporcionan ligandos DSL, principalmente LAG-2 y APX-1, a GLP-1 en las células adyacentes de la línea germinal, que son células madre/progenitoras (GSC)26,27. Una actividad elevada de GLP-1 mantiene la proliferación mitótica; a medida que las células se alejan de la DTC, la señalización Notch reducida permite que las vías GLD promuevan la entrada en meiosis28,29. Alelos de ganancia de función en glp-1 pueden mantener mitosis ectópicas y producir tumores de la línea germinal25,30. LIN-12 controla varias decisiones del destino celular somático, incluyendo la decisión entre célula ancla y útero ventral; la actividad constitutiva de LIN-12 en las células precursoras vulvales produce un fenotipo de multivulva (Muv), y GLP-1 activado puede especificar ectópicamente destinos vulvales25,31,32.
Los tumores germinales proximales también pueden surgir mediante un mecanismo no autónomo celular denominado «nicho latente»33. En mutantes pro-1 o en mutantes con ganancia de función glp-1(ar202), el retraso en la entrada a la meiosis permite que las células germinales proximales no diferenciadas entren en contacto con ligandos DSL, incluyendo APX-1 y ARG-1, provenientes de las células de la vaina gonadal en maduración33. La activación continua de GLP-1/Notch luego mantiene la mitosis y la persistencia del tumor33. En contraste, la pérdida de gld-1 provoca tumores germinales debido al fracaso en la diferenciación meiótica y no debería clasificarse como una activación directa de la vía Notch34.
Señalización Wnt
La señalización Wnt regula el destino celular, la polaridad, la migración y la proliferación a través de múltiples ramas dependientes del contexto35,36. En la vía canónica de β-catenina, la unión de Wnt a Frizzled y LRP5/6 inhibe el complejo de destrucción AXIN–APC–GSK3–CK1, lo que permite que β-catenina se acumule y actúe junto con los factores TCF/LEF en el núcleo35,36. La alteración de esta vía es fundamental en varios cánceres humanos, particularmente en el cáncer colorrectal36.
C. elegans utiliza tanto una vía canónica BAR-1/β-catenina como una vía de asimetría Wnt/β-catenina divergente37,38. La señalización dependiente de BAR-1 contribuye a las decisiones de destino celular posEmbrionarias, incluyendo el desarrollo vulvar37,38. En la vía de asimetría, WRM-1/β-catenina y LIT-1/NLK reducen el nivel nuclear de POP-1/TCF en una célula hija, mientras que SYS-1/β-catenina actúa como coactivador transcripcional; niveles desiguales de POP-1 y SYS-1 generan destinos celulares distintos en las células hijas37,38,39. Estas características específicas del gusano difieren de la vía Wnt canónica en mamíferos y deben interpretarse como arquitecturas de señalización distintas37,38.
La señalización Wnt no canónica controla la polaridad celular y la migración a través de vías dependientes de Frizzled y similares a las quinasas de tirosina receptoras35,40. En C. elegans, los ligandos y receptores Wnt guían las migraciones neuronales y mesodérmicas y orientan divisiones asimétricas37,41. Estos parámetros son relevantes para la biología del cáncer porque la polaridad y la motilidad alteradas son requisitos previos para la invasión, aunque el gusano no modele por sí mismo la diseminación metastásica36,37.
Los fenotipos representativos de la vía Wnt incluyen defectos en el desarrollo vulvar en animales con pérdida de función de bar-142, defectos de polaridad embrionaria en mutantes de mom-2 o mom-537,43, y defectos en la migración celular o en la guía de axones en mutantes de mig-1 o prkl-137,41. Estas cepas son modelos del desarrollo específicos de la vía y no son equivalentes directos de tumores malignos36,37.
Selección de fenotipos y lecturas relevantes para el cáncer
El término «tumor» debe usarse con cautela en modelos relacionados con el cáncer en C. elegans6. Los tumores germinales de C. elegans contienen células germinales que proliferan ectópicamente y presentan defectos en la diferenciación, por lo que constituyen el análogo más cercano en gusanos al crecimiento neoplásico excesivo30,34,44. En contraste, el fenotipo multivulva (Muv) refleja la inducción ectópica del destino celular vulvar y el crecimiento tisular; es una lectura sensible de la actividad de la vía RAS/MAPK o Notch, pero no representa un tumor maligno15,16,25. En la región distal del germline, la señalización Notch derivada de la célula distal (DTC) mantiene el reservorio de progenitores mitóticos28,44. Alelos con ganancia de función en glp-1 o defectos en genes de diferenciación meiótica como gld-1 pueden expandir las células germinales mitóticas30,34,44. En las células precursoras vulvares, la activación de let-60/RAS con ganancia de función o la reducción de la actividad de reguladores negativos como LIP-1 puede producir o acentuar fenotipos Muv15,16,45. Estas categorías de fenotipos se resumen esquemáticamente en la Figura 1. La Figura 1A muestra el contexto anatómico normal y las lecturas básicas utilizadas en los ensayos relacionados con el cáncer en C. elegans. La Figura 1D vincula la señalización RAS/MAPK dependiente de LIN-3/LET-23 con las decisiones de destino celular en las células precursoras vulvares, mientras que la Figura 1E ilustra la señalización GLP-1/Notch en el nicho de células madre del germline distal y los mecanismos de tumor en nichos latentes. La Figura 1F separa además la rama canónica de Wnt dependiente de BAR-1 de la vía de asimetría Wnt/β-catenina, destacando que las lecturas relacionadas con Wnt en C. elegans deben interpretarse como fenotipos de desarrollo o sensibles a la vía, y no como modelos directos de tumores malignos. Los parámetros cuantitativos recomendados incluyen el porcentaje de animales con fenotipo Muv, el número de protrusiones vulvares ectópicas, la longitud de la zona mitótica, el número de células germinales positivas para histona H3 fosforilada, el área del gonad, la fertilidad, la localización del reportero y las relaciones dosis-respuesta15,28,30,44,45. La Tabla 1 resume cepas representativas, sus lesiones moleculares, fenotipos, ensayos cuantitativos y aplicaciones relacionadas con el cáncer.
Herramientas genéticas y experimentales
Los modelos de C. elegans pueden generarse mediante mutagénesis clásica, transgénesis, interferencia de ARN (ARNi) o edición dirigida del genoma46,47,48. La microinyección gonadal crea eficazmente matrices extracromosómicas46, mientras que la irradiación, el bombardeo con micropartículas y los sistemas de inserción de copia única pueden generar líneas transgénicas integradas o de baja copia y reducir los artefactos por número de copias y mosaicismo47,48. Las recombinasas específicas de sitio, la inserción de copia única mediada por Mos1, las nucleasas con dedos de zinc, las TALEN y especialmente CRISPR/Cas9 permiten deleciones dirigidas, mutaciones puntuales, marcado endógeno, alelos condicionales y variantes humanizadas48,49. El método debe seleccionarse según si el estudio requiere silenciamiento transitorio, pérdida estable, ganancia de función, especificidad tisular, expresión endógena o reemplazo con una variante humana de cáncer48,49.
El ARNi puede administrarse mediante inyección gonadal, inmersión o alimentación con bacterias que expresan ARN bicatenario50. Es un método rápido y escalable, pero la eficiencia del silenciamiento varía entre tejidos y genes, y el ARNi produce un fenocopiado en lugar de un alelo definido y heredable50. Para estudios con compuestos, la validación del modelo debe incluir rescate genético o epistasia, alelos independientes y lecturas ortogonales para distinguir efectos específicos de la vía de toxicidad, retraso en el desarrollo o disminución en la ingesta de alimento6,44.
El flujo de trabajo práctico para aplicar estos modelos se resume en la Figura 2. En este marco, una pregunta relacionada con el cáncer se asigna primero a una vía de señalización conservada y a una lesión molecular definida, seguido por la selección de una cepa de C. elegans adecuada o un modelo modificado, un fenotipo cuantitativo y controles de validación. Este diseño por etapas ayuda a distinguir la modulación específica de la vía frente a la toxicidad general o el retraso en el desarrollo, y proporciona una base racional para aplicaciones posteriores en estudios de mecanismos, priorización de compuestos o ensayos basados en quimiosensación.
Aplicaciones previas
Estudios publicados ilustran cómo los modelos de C. elegans definidos por vías pueden apoyar la priorización temprana de compuestos. En una plataforma específica para mutaciones de EGFR, Bae et al. expresaron receptores quiméricos LET-23 que contenían el dominio tirosina quinasa de EGFR humano en células vulvares, incluyendo las variantes de tipo salvaje, L858R y T790M/L858R. Las quimeras activadoras L858R y T790M/L858R produjeron un fenotipo de multivulva (Muv), lo que permitió utilizar el porcentaje de animales Muv como un punto final cuantitativo para cribado. Gefitinib y erlotinib suprimieron el fenotipo Muv asociado a L858R, pero no el fenotipo asociado a T790M/L858R. En un ensayo piloto con 8.960 moléculas pequeñas, se identificó que AG1478 y U0126 inhibían la señalización dependiente de EGFR o MEK, respectivamente51. Medina et al. evaluaron además candidatos para reutilización como itraconazol, disulfiram, etodolaco y ouabaina en cepas mutantes definidas por vías que representan alteraciones en las vías Wnt, Notch y RAS–ERK. La recuperación de la esterilidad, infertilidad o fenotipos Muv se utilizó como punto final fenotípico para la priorización de compuestos52. Más recientemente, Makhoul et al. probaron EAPB02303 en animales MT2124 let-60(n1046gf) y MT4698 let-60(n1700gf). Cuantificaron tanto la proporción de animales que mostraban el fenotipo Muv como el número de vulvas ectópicas por animal, y observaron una supresión fenotípica consistente con una actividad reducida de la vía LET-60/RAS–MAPK. Sus experimentos complementarios sobre longevidad y localización de DAF-16 también respaldaron un efecto sobre la señalización insulina/IGF-1–PI3K–AKT53. Sin embargo, la recuperación fenotípica en estos modelos de gusanos debe interpretarse como evidencia de modulación de la vía y priorización temprana de compuestos, y no como prueba directa de eficacia anticancerígena en tumores de mamíferos.
Los modelos de tumores germinales distinguen rutas mecanicísticamente diferentes desde la proliferación persistente. Los alelos de ganancia de función de glp-1 mantienen la mitosis dependiente de GLP-1/Notch en la línea germinal, mientras que los mutantes de pro-1 revelan un mecanismo latente no autónomo para la célula, en el cual los ligandos DSL de las células de la vaina proximal sostienen un mantenimiento mitótico aberrante. En contraste, la pérdida de función de gld-1 provoca la formación de tumores germinales principalmente mediante una diferenciación meiótica defectuosa, y no a través de la activación directa de la vía Notch. Por lo tanto, estos modelos proporcionan sistemas complementarios para estudiar el mantenimiento de células madre, el fracaso en la diferenciación y la iniciación de tumores dependiente del microambiente30,33,34.
Otras aplicaciones relacionadas con el cáncer incluyen análisis de letalidad sintética de LIN-35/Rb, ensayos de apoptosis dependientes de CEP-1/p53 y estudios de la señalización de AMPK y PI3K6,44. Las aplicaciones basadas en la quimiosensación deben considerarse por separado del modelado de tumores y del cribado de fármacos. En estos estudios, se exponen C. elegans a metabolitos volátiles o urinarios asociados al cáncer, y se miden las respuestas conductuales como posibles señales diagnósticas. Dichos ensayos no modelan el crecimiento tumoral ni la actividad de fármacos anticancerígenos y requieren validación analítica y clínica antes de su traslación diagnóstica54,55.
Perspectivas
C. elegans es más valioso cuando la pregunta biológica depende de mecanismos sistémicos o celulares conservados que puedan relacionarse con un fenotipo cuantitativo. Sus limitaciones—entre ellas la ausencia de inmunidad adaptativa, vasculatura, epitelios específicos de órganos e invasión metastásica natural—impiden la modelización directa de muchas interacciones entre tumor y estroma e inmunitarias. Las oportunidades futuras incluyen la edición endógena de variantes derivadas de pacientes, perturbaciones específicas de tejidos, imágenes de alto contenido, fenotipado automatizado y la integración de la genética del gusano con la genómica del cáncer humano. Los hallazgos deben considerarse como evidencia generadora de mecanismos o dianas, y deben validarse en células de mamíferos o modelos vertebrados antes de extraer conclusiones traslacionales.