Durante más de dos décadas, la investigadora de la Universidad de Alabama en Birmingham, Susan Bellis, Ph.D., ha estudiado cómo la adición de ácido siálico a varias proteínas aumenta la resistencia al cáncer y la oncogenicidad.
Una de las enzimas que transfiere el ácido siálico a las glicoproteínas diana es ST6Gal-I, y ha atraído una mayor atención en el campo del cáncer en los últimos años. ST6Gal-I está regulado positivamente en el cáncer de mama, gliomas, cáncer de páncreas, cáncer de próstata y cáncer de ovario, y desempeña un papel clave en la progresión tumoral y la metástasis.
La metástasis es la diseminación de un tumor a otras partes del cuerpo, a través de la migración de células tumorales. Las células se mueven a sí mismas a través de la mecánica de adhesión celular: las integrinas en la membrana celular pueden adherirse a una superficie, actuando como pequeñas anclas. Luego, el citoesqueleto de la célula empuja la parte frontal de la célula hacia adelante para establecer nuevas anclas, y las anclas ahora traseras se sueltan. Tal movilidad celular es vital en la embriogénesis, el desarrollo y la cicatrización de heridas. Sin embargo, en el cáncer, la migración celular puede ser mortal.
La investigadora de la UAB Alexa Mattheyses, Ph.D., es capaz de estudiar la mecánica de adhesión celular directamente, utilizando sondas de sujeción de calibre de tensión de ADN que muestran un ligando de integrina y se unen a una superficie de cubreobjetos. Cuando una célula se une a la sonda de tensión y ejerce fuerza, el dúplex de ADN se separa, generando una señal fluorescente cuyos cambios son monitoreados por microscopía de fluorescencia sofisticada. Hace dos años, el laboratorio de Mattheyses demostró que la activación del receptor del factor de crecimiento epidérmico, o EGFR, por su ligando, el factor de crecimiento epidérmico o EGF, moduló las fuerzas de la integrina y atenuó el umbral mecánico para la tensión de la integrina y la formación de adherencias focales. Las adherencias focales son los enlaces mecánicos, los anclajes, a la matriz extracelular fuera de la célula. También son el lugar donde se transmiten la fuerza mecánica y las señales reguladoras. Un receptor de superficie celular como EGFR transfiere una señal de su ligando externo al interior de la célula.
Los laboratorios de Mattheyses y Bellis colaboraron para ampliar su trabajo sobre EGFR al observar el efecto de agregar ácido siálico al EGFR en la mecánica celular. En un estudio publicado en el Revista de Química Biológica que incluyeron pruebas de tres tipos de células cancerosas humanas, informan que la sialilación del EGFR mediada por ST6Gal-I modula la mecánica celular y mejora la invasión de las células cancerosas.
«Dado el impacto generalizado de la sialilación y el valor pronóstico de la expresión de ST6Gal-I, una mejor comprensión de cómo la sialilación mediada por ST6Gal-I altera la mecánica celular puede abrir la puerta a una nueva gama de terapias contra el cáncer», dijo Mattheyses. «Nuestros resultados ayudan a cerrar la brecha mecánica en el campo, al tiempo que demuestran el valor potencial de la señalización mecánica oncogénica como objetivo terapéutico».
«Clínicamente, el aumento de la sialilación de glicoproteínas se ha asociado con la carcinogénesis, y ST6Gal-I promueve características vitales del cáncer, como la autorrenovación, la invasividad, el potencial proliferativo y la resistencia a la muerte celular», dijo Mattheyses. «Si bien los cambios mecánicos en las células y los tejidos también contribuyen a la malignidad y la metástasis, los mecanismos subyacentes por los cuales estos cambios promueven el cáncer han permanecido poco estudiados».
Los investigadores de la UAB utilizaron células renales de primates como sistema de banco de pruebas y tres tipos de células cancerosas humanas. En células con poca o ninguna ST6Gal-I, introdujeron y sobreexpresaron la enzima. En las células que expresaban ST6Gal-I, derribaron la expresión. Luego compararon las células que expresaban en exceso y las que expresaban pobremente, utilizando ataduras de calibre de tensión de ADN y microscopía de fluorescencia.
Descubrieron que la sobreexpresión de ST6Gal-I promovía la propagación celular y la maduración de la adhesión focal de una manera dependiente de EGFR activado. Las historias de fuerza de las células, según lo informado por las ataduras de ADN, mostraron que la sobreexpresión de ST6Gal-I condujo a una mayor generación de tensión por parte de las integrinas. Los ensayos clásicos de biología del cáncer mostraron que la sobreexpresión de ST6Gal-I mejoraba la migración, la invasión, la proliferación y la supervivencia de la señalización mecánica.
Los investigadores también examinaron las cascadas de señalización de EGFR aguas abajo que podrían regular los resultados mecánicos o las alteraciones en la morfometría celular, que es el análisis cuantitativo de la forma. Descubrieron que los cambios en las propiedades mecánicas de las células, como la tensión de la integrina, la nucleación de la adhesión focal y la promoción del área de propagación celular, dependían de la vía de la quinasa regulada por señales extracelulares, o ERK, por sus siglas en inglés. Por el contrario, los aumentos en la migración celular, la invasión, la proliferación y la supervivencia se controlaron a través de la cascada de fosfoinositida 3-quinasa-Akt serina/treonina quinasa, o AKT.
También encontraron que la alta actividad de ST6Gal-I conducía a una retención sostenida de la membrana de EGFR, lo que lo convertía en un regulador clave de la mecánica celular.
«Nuestros hallazgos sugieren un nuevo mecanismo dependiente de la sialilación que orquesta la mecánica celular y mejora la motilidad celular a través de la señalización de EGFR», dijo Mattheyses.
Mattheyses y Bellis son profesor asociado y catedrático, respectivamente, del Departamento de Biología Celular, del Desarrollo e Integrativa de la UAB, en la Facultad de Medicina Marnix E. Heersink. En la UAB, Bellis ocupa la Cátedra Dotada Alma B. Maxwell-UAHSF de Investigación Biomédica. Bellis es científico sénior y Mattheyses científico en el Centro Oncológico Integral O’Neal de la UAB, y Mattheyses también dirige el recurso compartido de microscopía del centro.
Los coautores con Mattheyses y Bellis son Tejeshwar C. Rao, Reena R. Beggs, Katherine E. Ankenbauer y Jihye Hwang, Departamento de Biología Celular, Integrativa y del Desarrollo de la UAB; y Victor Pui-Yan Ma y Khalid Salaita, Universidad de Emory, Atlanta, Georgia.
El apoyo provino de la subvención CARRERA 1832100 de la Fundación Nacional de Ciencias; y de las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud GM131099, CA233581, CA225177, CA223074 y CA013148.
