Ti halls s/c hi .S(B. 1,,/. 45 ( 1994) 173-177

REPRESSIO DE LA PROLIFERACIO CE•LULAR:

ANTIMITOGENS I ANTIONCOGENS

JOAN MASSAGE:

Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, Howard Hughes Medical Institute, Nova York, EUA

Text de la conferencia de la sessiu inaugural del curs 1993-1994, pronunciada a la Sala Prat de la Riba del IEC el dia I I

de nocemhre de 1993.

La proliferacio cellular es troba restringida

no nomes per les limitacions en el sub-

ministrament de factors mitogens o I'activitat de

Ilurs receptors, sin() tambe per l'accio dell

inhihidors dcl creixemcnt. En el disseny gene-

ral, els sistemes implicate en promoure Ia

inhibicio del creixement cellular son semblants:

amhdos involucren it xarxes de factors paracrins

i receptors associats en el circuit del senyal de

transduccio. Les lesions ,en&tiques que

inlerrompen els senyals inhibitoris son tan

significatives en Ilur contribucio a Ia

transfornntcio maligna coin aquestes lesions que

activen oncogens. Aquesta idea esta refor4ada

per I'estudi rick gene supressors de tumors.

GF:NS SUPRESSORS DE TUMORS

Fregdentinent, on estat patolbgic, en aquest

cas el cancer. aporta Ilutn sobre un important

proces fisiologic. Els darrers cinc anys, un gran

nombre de dades han conduit a la conclusio que

les cel•lules perden frequentment informacio

genetica critica durant 1'evoluci6 des de 1'estat

normal al maligne. La funcio normal dels gens

perduts es restringir el creixemcnt cellular per

tal de mantenir-lo normal; aquesta perdua allibera

it Ies cel•lulesde les restriccions imposades per

aqueste gens. Per tant, s'han anomenat gens

supressors de tumors.

Algunes estrategics experimentals inde-

pendents han demostrat 1'existencia de gens

supressors de tumors. Els experiments de fusi()

cellular, iniciats fa vint anys, han demostrat que

hibrids creats per fusio de cel•lules normals i

tumorals frequentment presenten on fenotip no

maligne. Les cel•lules normals semblen donar

informacio que normalitza el patro de creixement

de Ilurs companyes malignes. Per implicacio, la

informacio d'aquest creixement normalitzat o

supressor de tumors es troba silenciosa o absent

dins el genoma de les cel•lules canceroses.

1 .L 1L1Y.\(;( I

El tumor ocular, retinoblastoma, ha pro-porcionat una nova percepcio dels mecanismesgenetics d'aquests gens supressors. El model de1971 de Knudson (Knudson, 1988) el qual pos-tula que Glen dues alterations genetiquescomplementaries it fi de provocar cl reti-noblastoma, ha estat rues especific degut aldescobriment que ambdues copies d'un gennormalment presents en el cromosoma 13q 14, elgen del retinoblastoma (Rb), sofreixen mutationsque inactiven lit funci6 Rb. D'acord amb aixo,per it aquest i molts altres gens supressors, esrequcreix una nul•lizigositat funcional per des-encadenar cl sobrecreixement ccl•lular tumoral.

SUPRESSIO DE LA MALIGNITAT

Corn suprimeixen aquest gens i Ilurs

productes la tnalignitat? El model mes atractiu

es aquell en que les proteines supressores de

tumors actuen coin it transductores de senyals

que afecten la cel•lula i provoquen I'aturada de

la proliferacio. Els senyals extracel•lulars son

frequcntment duts a terme per series de factors

difusihles, incloent-hi el TGF-B. La resposta

cellular, un cessament del creixement, es pot

obtenir mitjan4ant una aturada a un punt especific

del seu title de creixement, per la difcrenciacio

it I'etapa final, ccl•lula post-mitotica, o per

I'obligaci6 de programar la mort cellular/

apoptosi.

Les proteines supressores de tumorssemblarien esser parts essentials de la maquina-ria que capacita la eel -Iola per adqui rir I processaraquests senyals anti-proliferatius i respondreapropiadament al creixement fluctuant, dife-renciant-se, o morint. Quan una proteinasupressora es suprimida de la maquinaria, lescel•lules perden la seva capacitat de respondreals senyals exogens, es a dir, les ignoren icontinuen una proliferacio activa.

Les funcions hioquimiques do la majoria de

proteines supressores de tumors encara nos'entenen prou be. Tal i coin es descriu messendavant , el pRb . el producte del gen retino-blastoma, pot actuar transduint els senyalsinhibitoris del creixement iniciats per la TGF-B,que determinen , a la Varga, el tancament dclsgens promotors dels creixement , coin ara els queinstrucixen la produccio d'enzims per la sinteside DNA . La delecio del pRh del circuit desenya l itzaci6 de la cel • lula pot succeir mitjanyantuna mutacio cromosomica del Rb o pel segrestdel pRB per part d ' una oncoproteina virica. Unaconsequencia d'aixo pot esser la perdua desensibilitat del TGF-f3.

INHIBIDORS DEL CREIXEMENT

La descripcio sobre una xarxa complexa desenyalitzaci6 que capacita la cel•lula per rebre iprocessar senyals exogens d'inhihici6 delcreixement evita un aspecte important, la naturaprecisa d'aquests senyals exogens. Quinessubstancics bioqufmiques transporten aquestssenyals negatius cap a lit superficie cellular i atraves d'ella?

De fet, les cel•lules es trohen sota la intluenciade diferents classes d' inhibidors del creixement,(1ue son, molts dells, polipeptids difusihles.Alguns, incloent-hi el TGF-B, els interferons il'oncostatina M, poden fer decreixer lit taxa deltransit cellular a traves del cicle proliferatiud'una forma totalment reversible. Altres, com elfactor de creixement nervi6s (NGF) o el factorde creixement semblant it lit insulina (IGF) po-den facilitar la difcrenciacio cellular amb unitsortida permanent del cicle cellular. Un tercergrup, coin es el TNF-a, poden induir lit snortcellular. Tanmatcix altres podrien limitar elcreixement cellular mitjan4ant la disminuci6 deI'expressi6 o l'activitat dels mitogens o llursreceptors. Els mediadors de la inhibici6 pelcontacts cel•lula-cel•lula no s'han identificat,

kVIUIIl &ASI O.A(Y)(;LV.A 175

pcr6 ja s'han salon a la Ilista. La proliferacio

ccl•lular pot esser inhihida fisiolbgicament de

inoltes formes.

En realitat, molts dell inhihidors son

nuiltifuncionals i Ilurs capacitate per reprimir el

creixement cellular depenen, en gran part, del

opus do cel•lula i aitres variables del context on

actuen. Aix6 coniplica la tasca d'identificacio

dell components cel•lulars que transdueixen

especificament CIS senyals antiproliferatius.

Alterant el halan4 de certes classes de molecules

es podria afavorir la diferenciacio terminal o

simplcment desencoratjar la proliferacio

cellular. El quc es qualifiqui on factor corn a

inhihidor del creixement pot esser imprecis si

horn considers que fins i tot CIS mitbgens tfpics,

com ara I'EGF, poden inhibir la proliferacio de

certes cel•lules.

RE('EPTORS DE LA FAMII ,IA TGF-(3

Des de tai aproximadament una (Iecada, el

factor de transformaci6 del creixement-13

(TGF-13) ha acaparat l'atenci6 dell hiblegs.

Durant aquest temps, s'ha trohat Una gran familia

de polipeptids relacionats amh el TGF-13, CIS

nrembres de la qual tenen un ampli repertori

d'efectes sobre la proliferaci6 cellular. dife-

rcnciaci6 i organitzaci6. Aquests factors

extraordinariament adaptables actuen mitjan4ant

mccanismes que romanen com un enigma, tin fet

quc canviara ara que CIS seus receptors han estat

clonats. Encara que el sisterna receptor que

ernergcix no es simple, i entendre el seu

mecanisme d'actuaci6 amb detail portara un

considerable esfor4, les noves perspectives

proporcionades per les resents trohalles son

dienes de comentari.

EI TGF-13 uncix al mcnys trey proteines de

memhrana distrihuides extensatnent, referides

As receptors dc tipus I. 11 i 111, quc coexisteixen

en molts tipus cellulars i mostren diferents

propietats bioqufmiques (Segarini et al., 1988;

Massague, 1992). Les activines i les proteines

morfogenetiques d'os, que estan relacionades

amb cl TGF-B. tambe uneixen parells de proteines

de memhrana d'una mida semblant als receptors

I i 11 del TGF-(3 (Mathews i Vale. 1991; Attisano

et al., 1992). Aquestes observations plantegen

questions sobre el paper funcional d'aquestes

proteines, les possibles interactions. Ilurs papers

corn a mediadors de les diverses respostes

biolbgiques vers Ilurs Iligands.

El progres cap a la resoluci6 d'aquestes

questions es deu la recent clonaci6 dels receptors

de tipus 11 i 111. Els receptors del tipus 11 son

proteines transmembrana serina/treonina

quinases (Massague, 1992). Els receptors del

opus 11 per la TGF-f3 han estat identificats en

mamffers (Lin et al., 1992) per I'activina en

mamffers (Mathews i Vale, 1991 ; Attisano et al.,

1992), Xenopus (Mathews et al., 1992), i la

proteina morfogenetica d'os a Caenorhahditis

elegans (Georgi el al.. 1990). Aqucsta familia

tambe inclou el producte Daf-I de C. eleg>ans

que controla el desenvoluparnent larvari en

resposta a un Iligand no identificat (Georgi etal.,

1990). El receptor del tipus 111, tambe conegut

cone a bctaglica, es un proteoglica ancorat a la

memhrana que to un nucli proteic unit al TGF-f3,

a mes d'un domini citoplasmatic curt amb una

estructura de senyal no perceptible (Segarini i

Seyedin. 1988; Lopez-Casillas etal., 1991; Wang

et al., 1991).

Els receptors del tipus II poden unir lligands.

I liures al medi o presentats per betaglicans, i quc

estan estructuralment relacionats amb CIS

receptors tirosina-quinasa que actuen corn a

homodimers sobre CIS lligands d'uni6 (Ullrich i

Schlessinger, 1990). Existeixen evidencies que

indiquen que CIS receptors de tipus 11 requereixen

I'associacio amb CIS receptors de tipus I per fer

senyals. A mes, CIS estudis amb un taulcll de

cel-lules mutants que son deficients en receptors

TGF-f3 (Laiho et al., 1991) mostren que el re-

ceptor I requcreix el receptor 11 perunir lligands,

I I SIvy' ;/ L

i ambd6s components del receptor son requeritsper it lit senyalitzaci6 (Wang et al., 1991).Aquestes evidencics identifiquen els receptorsde tipus I com it proteines de membrana quepoden unir lligands amb una alta afinitat nomesen presencia dels receptors de tipus 11, Mill) CISquals formen un senyal complex.

INHIBICIO DEL SENYAL DECREIXEMENT

El TGF-13 ocupa un lloc destacat it la Ilistadcls coneguts inhibidors del creixement. Des defa temps esconeguda la inhibici6delscreixementde les cel•lules de molts Ilinalges, particularmentde les cel•lules epitelials. Altres membres de lafamilia del TGF-I3que tenon, a la majoria delscasos, poca o cap activitat inhibitoria delcreixement, encara que un membre de la famil ia,lit substancia inhibitoria Mulleriana (MIS)indueix la regressi6 del primordi del tractereproductiu femeni en embrions mascles demamifers (Behringer et al., 1990). A mes, unaltre membre de la familia, I'activina, es tambeinhibitoria de certes linies cel•lulars.

Diferents linies cel•lulars epitelials imesenquimatiques responen al TGF-fR reduint lavelocitat de progressi6 it traves de la fase G Itardana del cicle proliferatiu. Aixo allarga laduracio del cicle quc, en aiguns casos, acaba enuna completa aturada abans del comen4amentde la fase S. Un candidat diana per als senyalsinhibitoris del creixement ctrl TGF-f3 en aquestescel•lules es el pRB. El TGF-6 pot impedir it lacel•lula entrar en cl cicle dependent defosforilaci6 del pRB programada per it la fasetardanaGI (Laihoetal., 1990). E1 TGF-f3semblaactuar impedint l'activaci6 d'una quinasa pRBespecifica de Gl, mes que estimulant unafosfatasa de pRB. Coin que el cicle cellulardependent defosforilaci6estapensatperinactivarla funcio supressiva del creixement del pRB alfinal de la Gl, es possible que el TGF-f3 aturi el

cicle cellular initjan4ant la conservacib del pRBen I'estat supressiu del creixement sotafosforilacid.

El pRB sembla estar implicat en litmediatitzacib de la regulaci6 baixa de la trans-cripci6 del c-rnvc pel TGF-f3 en els queratinocits.Aquest efecte es significatiu degut al fet que elc-Myc es necessari per it lit progressici delsqueratinocits en Ia fase S (Pietenpol et(il., 1990).Aquests mecanismes basats en el pRB, tanmateix,no semblen operar en altres ccl•lules que, o beson deficients en la funcio pRB, o be sonrefractaries en la regulaci6 transcripcional del c-nrvcpelpRB(Kimeta1., 1991).Clarament,eITGF-f3 deu inhibir el creixement cel•Iular per ines d'unmecanisme.

Encara es desconeix com els factors inductorsde la diferenciacib estimulen les ceI•lules aabandonar el cicle cellular i iniciar programesde diferenciacib terminal. En casos corn el de lamiogcnesi, la diferenciacib pot esser provocadain vitro mitjancant I'eliminacib de mitogens delmedia tanniateix es possible que certs factorsencara no identificats puguin iniciar activamentaquest proces in vino. Coin a justificaci6, es pensaque la diferenciacio miogenica durant eldesenvoluparnent to floc en ambients rics enmitogens, on factors adicionals serien requeritsper contrarestar I'accib antidiferenciativa delsmitogens.

Altres processos diferencials son provocatso al menys intensificats per l'acci6 de factorscom cl NGFen la diferenciacio neural o I'IGF enla diferenciacib adipogenica. Ironicament,ambd6s factors actuen mitjan4ant cis receptorstirosina quinasa del tipus que estan implicatsnormalment en la inducci6 de lit proliferaciocellular. Dc la mateixa manera, el NGF nonomes pot actuar com it mitogen d'altres tipuscel•lulars sin6que Ilurs receptors estan codificatspet gen trk, Clue pot convertir-se en un potentoncogen si es alterat apropiadament (Cordon-Cardo ci al., 1991; Hempstead el al., 1991). Unasubunitat accessoria del receptor NGF estaestructmalment relacionada amb proteInes que

t.^77,11/TUGE,ti'S l O.VCUGEVS 177

uncixen el TNF-a (Smith CI at., 1990: Lewis et

at., 1991). Tanmatcix les subunitats senya-

litzadoresdcl receptorTNF-(xencaranohanestat

identificades. Donat cl precedent establert pep

NGF, sera interessant veure si en l'acci6 de les

cel•Iules assassincs sobre el TNF-a (Perez et al.,

1990) interve tamhe un membre dels receptors

de Ia tarnilia tirosina quinasa.

CONCLUSIONS

;A part de Ics aproximaclons d'aqucsts

resultats mitjan4ant I'estudi (leis inhibidors del

creixemcnt o dels gcns supressors de tumors, es

clar quc Ia regulaciti ncgaliva del creixemcnt es

un proces complex quc implica malts compo-

nents quc actuen part del temps dins del context

cellular. S'espera quc la convergencia

d'ambdues aproximacions permetra dirigir

aquesla complexital cap a I'estudi dels mitogens

i oncogcns.

1311311OGRAFIA

Al P.v"v,S.(nru-i;iz;J.MASS,u,v1(1992).

Cc//. num. 68, pag. 97-I02.

BFI11<INCFit. R.R.: R.I. CATS: G.J. FRO11.ICK: R.D. PAI MrrER:

It .I. BRmsrFR (1990). ,Abnormal sexualdevelopment

in transgenic mice chronically expressing Mullerian

inhibiting substance,,. Nature. num. 345, pa,. 167-

170.

CORDON-CARno C.: P. TAPi.is: S. JiN(;; V. NAN'nl Ri; E.

O'RO1 RKL: F. LAMBAI.i i:: K. Kos ART: R. Ki.r:iN: K.R.

JO%t:s: L.F. RII(HART: M. BARRACID ( 1991 ). ,The irk

tcrosine kinase mediates the mitogenic properties of

nerve growth actor and neurotrophin-3 Cell, ndm.

66, pag. 173-183.

Gi of :i, L.L.: P.S. Ai RFir1 : D.L. Rim.L (1990). Cell. num.

61. pitg. 635-645.

Iii MPsTi.v,. B.L.: D. MAknN-ZANCA: D.R. KAPi AN: L.F.

PARAn:a: M.V. CIIAO (1991). ,High-affinity NGF

binding requi res coexpression of the trk protooncogene

and the low-affinity NGF receptor,,. Nature, num. 350.

pag 67S 683.

Kisi, S.-J.: II.-I). 1,ei: P.D. Roinins: K. BUSAM: M.B.

SPORN; A.B. RotrRTS (1991). ,Regulation of

transforming growth factor Ill gene expression by the

product of the retinoblastoma-susceptihility gene-.

Proc. Nall. Acad. Sci. USA, num. 88, pag. 3052-3056.

KNt DsoN, A.G. (1988). <<Statistical study of

retinoblastoma» . Proc. Nail. Acad. Sci. USA, num. 68,

pag. 820-823.

LAIHO, M.: F.M.B. Wits: F.T. Born: R.A. IGNOTZ: J.

MASSAGUe (1992). ,Responsiveness to transforming

growth factor-13 restored by complementation between

cells defective in TGF-13 receptors I and It,,. J. Biol.

Chein., num. 266, pag. 9108-9112.

LAIHO, M.: J.A. Di.CAPRio: J.W. LUDLOW: D.M. LIVwcsTON:

J. MASSAGi i (1990). ,Growth inhibition by TGF-6I

linked to suppression of retinoblastoma protein

phosphorylation<'. Cell, num. 62, pug. 175-185.

[is>is. M.: L.A. TARTAGI.IA; A. Lee: G.L. BENNET: G.C.

Race: G. H. W. WONG: E.Y. CHEN; D.V. Goennri. (1991).

,Cloning and expression of cDNAs for two distinct

murine tumor necrosis factor receptor demonstrate one

receptor is species specific-. Proc. Natl. Acad. Sci.

USA, num. 88, pag. 2830-2834.

LIN, H.Y.; X.-F. WANG; E. NG-EATON; R.A. Wi11NRrRG; H.F.

LoDISH (1992). Cell, num. 68, pag. 775-785.

LOPFZ-CASm.t.AS, F.: S. CHEIFETZ: J. DooDY: J.L. ANDRES: W.

LANE; J. MASSAGC(. (1991). Cell, ndm. 67, pag. 785-

795.

MASSAGUE, J (1992 ). ,Negative regulators of growth- . Cur.

Op. Gen. Develop., num. 2, pug. 28-32.

MATHEws, L.S.: W. VALE (1991). ,Expression cloning of an

activin receptor, a predicted transmembrane kinase-.

Cell, num. 65, pug. 973-982.

MATHEWS. L.S.: W.W. VALE.; C.R. KINTNER ( 1992). Science,

num. 255, pug. 1702-1705

PEREZ, C.; 1. AiRI{RI: K. DEFAY: N. ZACIIARIADES: L.

GoonIND; M. KRIEGLER (1990). ,A nonsecretable cell

surface mutant of tumor necrosis factor kills by cell-to-

cell contatc<<. Cell, num. 63, pag. 251-258.

PIETF.NPOL, J.A.; R.W. STEIN; E. MORAN: P. YA('IUK: R.

Simi Eon.: R.M. LYONS; R.M. Prrrni.Kow: K. Mt NOER;

P.M. How! FY: H.L. Moms (1990). ,TGF-131 inhibition

of c-myc transcription and growth in keratinocytes is

abrogated by viral transforming protein with pRB

binding domains,,. Cell, num. 61, pag. 777-785.

SEGARINI, P.R.: S.M. SFYEDIN (1988). J. Biol. Chen., num.

263, pit,-. 8366-8370.

SMITH, C.A.: T. DAVIS: D. ANDERSON: L. SOLAM: M.P.

BECKMANN: R. JERZY: S.K. Dowell: D. COSMAN; R.G.

Goouww ( 1990). ,A receptor for tumor necrosis factor

defines an unusual family of cellular and viral proteins,,.

Science, num. 248, pig. 1019-1023.

Ut.LRICH, A.: J. S( III ESSINGER (1990). Cell, ndm. 61, pag.

203-212.

WANG, X.-F., H.Y. LIN, E. NG-EATON, J. DOWNWARD, H.F.

Looisii: R.A. WEINRERG (1991 ). Cell, num. 67, pag. 797-

805.