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El gen E1a de adenovirus: ¿un cordero con piel de lobo?

Los adenovirus son un tipo de virus con los que estamos acostumbrados a vivir desde tiempo inmemorial. ¿Quién no ha tenido un resfriado o una gastroenteritis? Desde hace dos décadas sabemos que estos virus pueden convertirse en un gran aliado de la medicina moderna. De hecho, los adenovirus oncolíticos, con capacidad de replicarse en las células tumorales de forma selectiva y ser portadores de genes terapéuticos, son una prometedora herramienta en la terapia del cáncer. El pequeño genoma de los adenovirus esconde sorpresas y una de las más llamativas es el gen E1a que es a la vez un oncogén y un supresor de tumores. La base molecular de los mecanismos disparados por E1a para promover transformación y supresión tumoral puede ser una excelente oportunidad para entender la compleja biología del cáncer.
Por Ricardo Sánchez Prieto Instituto de Investigaciones Biomédicas "Alberto Sols", CSIC-UAM / Centro Regional de Investigaciones Biomédicas, Universidad de Castilla La Mancha Ricardo.Sanchez@uclm.es
DOI: http://dx.doi.org/10.18567/sebbmdiv_ANC.2017.09.1

Los adenovirus humanos constituyen una gran familia de 50 serotipos y están implicados en afecciones respiratorias y gastrointestinales. Las patologías que originan cursan con inflamación y pérdida de las células epiteliales infectadas. El genoma del adenovirus contiene cuatro unidades de transcripción temprana: E1, que codifica dos proteínas E1a y E1b, E2 que codifica a las proteínas E2a y E2b, E3 y E4, dos unidades de transcripción tardía (IX y IVa2) y una unidad muy tardía que es procesada para generar 5 ARNm tardíos (L1-L5) (para revisión ver 1).

El gen adenoviral E1a se caracteriza por sufrir un procesamiento alternativo dando lugar a distintas isoformas (13S, 12S, 11S, 10S y 9S) clasificadas según su coeficiente de sedimentación, codificando proteínas de 289, 243, 217, 171 y 55 residuos respectivamente. Las isoformas 13S y 12S son las más abundantes en las etapas tempranas de la infección. Mediante análisis comparativo entre serotipos humanos y de simio se han identificado cuatro regiones principales de alta homología. Dichas regiones se denominan: CR1 (Conserved Region 1), entre los residuos 40 y 80; CR2, entre los aminoácidos 121 y 139; CR3, correspondiente a los aminoácidos en las posiciones 140 a 188; y la región CR4, entre los residuos 240 y 288. Las regiones CR se corresponden con los principales sitios activos y de unión a las proteínas con las que interacciona E1a (2).

Dado que E1a carece de actividad enzimática o de unión a DNA, la proteína E1a lleva a cabo sus funciones biológicas gracias a su interacción con proteínas celulares que median la expresión de genes implicados en el control de la homeostasis celular, afectando a procesos como ciclo celular, crecimiento, y afectando incluso al marcaje epigenético de la cromatina. Concretamente, E1a puede interaccionar con más de 50 proteínas diana conocidas a través de las cuales es capaz de afectar a más de 17.000 promotores génicos (3). De entre ellas, las principales proteínas descritas a las que se une o afecta E1 son p300/CBP, PCAF, CtBP, p400/TRRAP, pRb y su familia de proteínas, c-MYc y YY1.

Una de las características más llamativas de E1a es su papel dual en cáncer, con evidencias como oncogén y al mismo tiempo como supresor tumoral (para una excelente revisión, 4). En los años 90, E1a se usó como modelo para estudiar la cooperación entre oncogenes, debido a su capacidad de bloquear a un supresor de tumores como pRB, lo que le convirtió en un oncogén. Sin embargo, prácticamente al mismo tiempo, surgieron numerosas evidencias experimentales que indicaban lo contrario, sugiriendo que era un supresor de tumores con capacidad de anular la formación de tumores en modelos de xenotransplantes y de inducir quimio- y radio sensibilidad, lo que ha permitido considerar al gen E1a como un posible gen terapéutico e, incluso, se ha considerado su uso en ensayos clínicos (5).

Los mecanismos propuestos para explicar la transformación asociada a E1a se han relacionado con alteración del ciclo celular, escape de senescencia inducida por oncogenes, bloqueo de genes supresores de tumores, etc. En el caso del comportamiento antitumoral de E1a, se han propuesto varias posibilidades como el efecto represor de E1a en la expresión de ciertas proteínas oncogénicas (como Her2/neu o EGFR) o mecanismos más complejos que podrían explicar la actividad antitumoral de E1a, tales como la desregulación de miRNAs. Desde el punto de vista molecular, es llamativo que ambas propiedades antagónicas parecen compartir la misma región de E1a en términos de unión a proteínas celulares. Por ejemplo, la presencia de un dominio CR2 parece ser obligatoria para bloquear la senescencia inducida por v-H-Ras en las células normales, paso preliminar para la transformación (6), aunque, al mismo tiempo, esta región es estrictamente necesaria para el efecto antitumoral de E1a en modelos celulares derivados de carcinoma murino (7). En cualquier caso, todas las evidencias de E1a como oncogén o supresor tumoral están basadas en modelos como los xenotransplantes o cultivos celulares, que presentan limitaciones de cara a su extrapolación a patología humana. Recientemente, se ha demostrado que E1a es capaz de bloquear la formación de tumores in vivo mediante el desarrollo de un modelo transgénico de ratón en el que los animales eran expuestos a carcinógenos en su piel (8), apoyando la idea de E1a como un supresor tumoral.

Posiblemente, lo más importante del estudio de E1a no es solo su posible uso terapéutico, punto controvertido dado su potencial carácter oncogénico, sino el estudio de los mecanismos que dispara para bloquear la trasformación celular in vivo. La otra lección importante que podemos aprender de E1a es que el salto del modelo celular en cultivo al modelo animal puede cambiar el comportamiento biológico de un gen hasta el punto de presentar efectos antagónicos.

Esquema de las propiedades biológicas de E1a y su relación con los distintos dominios conservados (CR) y proteínas celulares afectadas.
Referencias:
  1. Lynch Jp 3rd, Fishbein M, Echevarria M. Adenovirus. Semin Respir Crit Care Med. 2011 Aug;32(4):494-511.
  2. Pelka P, Ablack JN, Fonseca GJ, Yousef AF, Mymryk JS. Intrinsic structural disorder in adenovirus E1A: a viral molecular hub linking multiple diverse processes. J Virol. 2008 Aug;82(15):7252-63.
  3. Ferrari R, Pellegrini M, Horwitz GA, Xie W, Berk AJ, Kurdistani SK. Epigenetic reprogramming by adenovirus e1a. Science. 2008 Aug 22;321(5892):1086-8.
  4. Frisch SM, Mymryk JS. Adenovirus-5 E1A: paradox and paradigm. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002 Jun;3(6):441-52.
  5. Madhusudan S, Tamir A, et al. A multicenter Phase I gene therapy clinical trial involving intraperitoneal administration of E1A-lipid complex in patients with recurrent epithelial ovarian cancer overexpressing HER-2/neu oncogene. Clin Cancer Res. 2004 May 1;10(9):2986-96.
  6. Callejas-Valera JL, Guinea-Viniegra J, et al. E1a gene expression blocks the ERK1/2 signaling pathway by promoting nuclear localization and MKP up-regulation: implication in v-H-Ras-induced senescence. J Biol Chem. 2008 May 9;283(19):13450-8.
  7. Sánchez-Prieto R, Quintanilla M, Martín P, Lleonart M, Cano A, Dotto GP, Ramón y Cajal S. In vivo antitumor effect of retrovirus-mediated gene transfer of the adenovirus E1a gene. Cancer Gene Ther. 1998 Jul-Aug;5(4):215-24.
  8. Cimas FJ, Callejas-Valera JL, et al. E1a is an exogenous invivo tumour suppressor. Cancer Lett. 2017 Jul 28;399:74-81
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Entrevista a Ricardo Sánchez Prieto

P.- ¿Cuándo surgió su vocación científica?

R.- Mi vocación científica de forma profesional surge al empezar mis estudios de Ciencias Biológicas, aunque desde pequeño los microscopios, el estudio de los animales y la observación de la naturaleza siempre me llamaron la atención. De esa época, entre los 10 y 18 años, recuerdo cosas como asistir a la defensa de la tesis de un hermano mayor en el campo de la Farmacología (presentación en diapositivas azules y blancas, mi hermano con la máquina de escribir y haciendo gráficas en papel cebolla), o una serie de TVE («Ramón y Cajal: historia de una voluntad» (1982).Ese mismo año mis padres me regalaron un microscopio que aún conservo. Al empezar mis estudios de Biología tenía claro que me quería dedicar a investigar y cuando mis profesores de la carrera, especialmente en 4º y 5º curso, comentaban alguna vez de forma breve los proyectos de sus laboratorios, me animaban más y más. Imagino que mi vocación científica es un cúmulo de circunstancias que me llevaron a dedicarme de forma profesional a la investigación y no un evento concreto.

P.- ¿Recibió de joven algún consejo?

R.- He recibido muchos consejos a lo largo de mi vida profesional, pero hay dos que me dieron al comenzar mi carrera y que he procurado seguir. El primero es disfrutar con este trabajo. Si te levantas y no te apetece ir al laboratorio algo falla. Es un trabajo duro (imagino que como casi todos), pero tiene grandes recompensas. El segundo es que no hay experimento malo. De todos algo se puede concluir. Si hay un fallo en el protocolo, o en un reactivo, ya es una conclusión, y si el resultado es claro, pero no es el esperado, algo nos quiere decir sobre nuestra hipótesis de partida.

P.- ¿Qué consejo daría a los que ahora inician su carrera científica?

R.- Es muy difícil dar un consejo general, creo que cada persona es única y no se puede generalizar. No obstante, creo que hay dos cosas que sí se deben enseñar a cualquier joven investigador que esté empezando su carrera científica en un laboratorio (master, doctorado). La primera es una cita atribuida a Thomas Alva Edison: “Un 99% de nuestra carrera es transpiración (trabajo duro) y un 1% inspiración”. Esto significa que el 99% de nuestra carrera profesional lo controlamos nosotros. La segunda, mucha más práctica, es que el mejor laboratorio está en la biblioteca. Leer artículos, libros, etc. puede ahorrarnos mucho tiempo en el laboratorio haciendo experimentos que no nos permiten avanzar y nos desgastan porque ya están hechos o porque los hemos diseñado mal. En resumen, si empiezas en investigación tienes que aprender a sudar en el laboratorio y en la biblioteca.

P.- ¿Cuál ha sido el principal avance del siglo XX?

R.- Sin duda el siglo pasado presentó muchos avances en todos los campos de la ciencia. La demostración de que el ADN es el material genético es sin duda uno de los puntos clave en la biología molecular, ya que es la base para todas las técnicas actuales de ingeniería genética, desde el clonaje hasta las más modernas técnicas de edición genética. Pero creo que lo que más nos ha cambiado la vida en general ha sido el mundo de las telecomunicaciones. La aparición de internet ha revolucionado nuestra vida y, en el caso concreto de la investigación biológica, ha permitido la ruptura de barreras físicas que dificultaban, o al menos enlentecían, el progreso de la investigación. Hoy en día todos tenemos colaboradores que están a miles de kilómetros, podemos acceder en segundos a bases de datos que nos permiten ver los trabajos de investigación de otros grupos, estudios clínicos, hasta experimentos concretos que permiten un avance más rápido y fiable de la investigación.

P.- ¿Cuál es su opinión sobre cómo está articulada la carrera científica en España?

R.- La realidad es que la carrera científica en España está basada en la excelencia y el mérito de forma mayoritaria, por lo menos en la investigación académica, que es la que mejor conozco. Buena prueba de ello es que los postdoctorales españoles están muy bien considerados fuera de nuestras fronteras. Nuestros grupos de investigación tienen un nivel más que aceptable y en muchos casos son referencia en su campo de trabajo. En las plazas/contratos de investigador los candidatos tienen unos CV de media muy alta y, en la mayoría de los casos, excelentes. Pero, en mi opinión el sistema tiene un fallo grande con la falta de posiciones intermedias que disfruten de cierta independencia, estabilidad y reconocimiento. Creo que figuras como el lab manager (gestor del laboratorio), el investigador postdoctoral con una posición estable, o los técnicos de laboratorio estables son claves para poder crear grupos competitivos y seguir avanzando. De esta forma, se permitiría que los grupos no dependan en exclusiva de personas como estudiantes de master, doctorado o postdoctorales, muy importantes en la estructura de cualquier laboratorio, pero con fecha de caducidad en sus contratos o becas. Creo que deberíamos copiar el modelo de muchos de nuestros vecinos, donde abundan las posiciones intermedias y que garantizan la carrera profesional en función de los objetivos que cada investigador se plantea. Es importante que la carrera científica se base en los méritos, pero no creo que sea conveniente un sistema que no admite posiciones intermedias y solo unos pocos puedan dedicarse con cierta tranquilidad a investigar. Es más, son justo esas posiciones intermedias las que permiten a los grupos mantener una línea sólida y estable.

P.- ¿Qué camino queda por recorrer en ciencia e innovación en nuestro país?

R.- La ciencia en España presenta muchos problemas. Para mí hay dos temas que debemos solventar lo antes posible. La financiación pública y la comunicación entre los científicos y la sociedad.
El tema de la financiación es, en mi opinión, uno de los más graves y que puede suavizar muchos otros problemas de la ciencia en España. Creo que los investigadores somos el único colectivo en el que tienes que justificar los medios que vas a necesitar desde el minuto uno. No creo que ningún trabajador público tenga que hacer solicitudes para justificar las herramientas de trabajo. Así, no creo que un jardinero de ningún ayuntamiento tenga que hacer un proyecto para justificar que necesita útiles para el cuidado de plantas y árboles en parques públicos o un administrativo los útiles de escritorio, ordenador, etc. Los que nos dedicamos a investigar, al menos cada 2-3 años, tenemos que volver a justificar el gasto en anticuerpos, material de cultivo celular, enzimas, animales de laboratorio, etc. Esta situación es especialmente dura para la gente que tiene que establecerse y arrancar. Creo que este problema se podría solucionar en una buena parte garantizando un mínimo anual que permita la actividad investigadora y cuya justificación sea automática mediante la evaluación de publicaciones, tesis, congresos, etc. Por supuesto, si alguien pide más debe justificarlo, pero hay que evitar a toda costa tener investigadores mano sobre mano por falta de un mínimo de financiación. Para ello, es fundamental que los presupuestos de investigación sean independientes de vaivenes políticos y dependan de instituciones más estables y con un alto grado de autonomía respecto al poder político. No significa esto que la investigación sea una actividad que no deba fiscalizarse, todo lo contrario. Los investigadores, especialmente los académicos, gestionamos dinero público y como tal debe someterse al más alto grado de fiscalización, pero su concesión y uso presenta diferencias con otras actividades de la administración. En resumen, conseguir una posición estable en España como investigador es difícil, me atrevería a decir que muy difícil pero, una vez conseguida, la falta de unos medios mínimos puede hacer que gente muy brillante se apague.

En cuanto a la comunicación entre ciencia y sociedad, creo que los científicos tenemos mucha culpa de la falta de interés de la sociedad por nuestro trabajo. Es curioso, porque la de investigador es una de las profesiones mejor valoradas por la sociedad, pero los científicos no sabemos trasladar a la sociedad lo que hacemos y cómo puede ser beneficioso un mayor conocimiento de la naturaleza. En los últimos años, se ha realizado un esfuerzo grande por parte de distintos organismos públicos para la creación de eventos, tales como la Semana de la Ciencia o la reciente Pint of Science. Este tipo de iniciativas, muy exitosas, por lo general, presentan grandes ventajas. Por ejemplo, permite en muchos casos, especialmente entre adolescentes, despertar vocaciones científicas que estaban dormidas, acercar al ciudadano a los científicos y permite darse cuenta de por qué es importante que parte de sus impuestos se gasten en investigación, incluso puede despertar acciones de mecenazgo. Este tipo de iniciativas son sin duda muy importantes, pero no estaría tampoco de más que los jóvenes investigadores adquirieran competencias en comunicación que permitirían sin duda hacer más visible la labor social de la investigación.

Perfil de Ricardo Sánchez Prieto

Ricardo Sánchez Prieto (Madrid, 1968) se licenció en Ciencias Biológicas por la Universidad Autónoma de Madrid (1991) y se doctoró en la misma universidad en 1996. Su interés por la oncología le llevó a incorporarse al, por aquel entonces, incipiente grupo de Patología Molecular del Hospital Puerta de Hierro, donde realizó su tesis bajo la dirección del Dr. Santiago Ramón y Cajal. Posteriormente, se desplazó a los Institutos Nacionales de Salud (Bethesda, Maryland, EEUU) donde trabajó bajo la supervisión del Dr. Silvio Gutkind centrándose en el estudio de la implicación de la señalización celular en la respuesta a quimio- y radioterapia. En el año 2000 obtuvo un contrato de investigador del SNS (actuales contratos Miguel Servet) en el Hospital Puerta de Hierro. En 2004, bajo el programa Ramón y Cajal se trasladó a la Universidad de Castilla-La Mancha donde establece el Laboratorio de Oncología Molecular. En 2009 se incorporó al Parque Científico y Tecnológico de Castilla-La Mancha dentro del programa INCRECYT y en 2010 obtuvo una plaza de Científico Titular del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en el Instituto de Investigaciones Biomédicas «Alberto Sols», centro mixto CSIC-UAM. Es autor de más de 60 trabajos en revistas internacionales, y ha dirigido 13 tesis doctorales. Ha sido Investigador Principal de distintos proyectos de investigación del Plan Nacional, FIS, autonómicos y fundaciones privadas. Sus principales contribuciones científicas se han realizado en el estudio de la biología del gen E1a y el papel de la señalización celular en cáncer y su terapia.