c-Myc y la oncogénesis… ¿causa o consecuencia?

Laura García Gómez y Sandra Peñas López. Biología Sanitaria, UAH.

C-Myc es un oncogen que forma parte de la familia de los genes Myc. Codifica un factor de transcripción multifuncional que dirige la expresión y regulación de genes que intervienen en el ciclo celular, crecimiento, proliferación celular, apoptosis, síntesis de proteínas, inestabilidad genómica, diferenciación y/o inmortalización celular (figura 3). Como resultado de todas estas actividades, las células deben mantener a c-Myc bajo un control muy estricto, por lo que han desarrollado numerosos mecanismos que limitan y regulan sus niveles, expresión y actividad. [1] [3] Además, se encontró que el gen c-Myc está alterado en diversos tumores sólidos, leucemias y linfomas, destacando los tumores hematopoyéticos, cuyas células presentan un aumento de la expresión del gen c-Myc debido a translocaciones cromosómicas o aneuploidías. Estas alteraciones que llevan a la oncogénesis inducen una desregulación de la expresión del gen. [1]   Que c-Myc se encuentre en la intersección del crecimiento y control del ciclo celular, explica tanto su presencia en células con una alta tasa de proliferación como su potencia oncogénica. [5]

Estructura de Myc

El gen c-Myc se compone de tres exones (figura 1) [1]:

  • El exón 1 tiene dos promotores y no codifica.
  • Los exones 2 y 3 codifican para la proteína Myc que tiene un sitio de inicio para la traducción.
Figura 1: Estructura del gen c-Myc. (Figura procedente de Quintanilla, 2013) [7]

Numerosos promotores controlan la transcripción del gen c-Myc que se traduce en dos proteínas que se solapan: una mayor de 439 aminoácidos denominada «p64» y una menor, «p67», que contiene 14 residuos adicionales en su extremo N-terminal. La proporción p64/67 puede variar en algunas células tumorales, sobre todo predomina la isoforma p64. [3]

La proteína Myc es una fosfoproteína nuclear que tiene todas las características de un activador transcripcional (figura 2):

  • Un dominio de 143 aminoácidos rico en prolina y glutamina conocido como dominio de trans-activación (TAD) en su región N-terminal. [3]. La región rica en glutamina es esencial para la actividad oncogénica. El dominio TAD participa en la activación de la transcripción de c-Myc, la transformación celular, la inhibición de la diferenciación celular y la inducción de la apoptosis mediada por c-Myc. [1]
  • Una secuencia corta de aminoácidos implicada en la ubiquitinación de la propia proteína para su degradación por el proteosoma, denominada degrón primario. Esta secuencia se encuentra solapada con TAD. [3]
  • Una secuencia de localización nuclear (NLS), que permite la ubicación de la proteína en el núcleo. [3]
  • Una porción central que contiene los elementos de inicio de la proteólisis D y PEST. El elemento D es una región imprescindible para la proteólisis de Myc, mientras que el elemento PEST es una región rica en residuos de prolina (P), ácido glutámico (E), serina (S) y treonina (T) que se encarga de la ubiquitinación de Myc. [3]
  • Un dominio de cremallera de leucina de hélice-bucle-hélice (HLH-LZ) en el residuo C-terminal que permite la unión con otras proteínas, como su heterodimerización con la proteína Max, y la unión al ADN. La alteración de este dominio destruye la actividad biológica de la proteína, indicando que la unión al ADN es esencial para su función. [1]
  • Un elemento denominado stabilon que promueve la estabilidad de Myc y permite su unión con la proteína Miz-1 para formar un complejo que se une a la cromatina reprimiendo la transcripción. [3]

Además, hay cuatro regiones homólogas y conservadas entre los genes y las proteínas de la familia Myc, llamadas «cajas de Myc» que son imprescindibles para varios aspectos de la actividad de Myc (figura 2) [3]:

  • La caja I de Myc (MbI) se encuentra dentro de la región TAD/degrón. Es un sitio importante de interacción de Myc con el sistema proteosoma-ubiquitina, encargado de la eliminación de la proteína.
  • La caja II de Myc (MbII) situada en la misma región que MbI. Es necesaria para la interacción de Myc con el coactivador transcripcional TRRAP y con la proteína ligasa Ub Skp2 perteneciente al sistema proteosoma-ubiquitina.
  • La caja III de Myc (MbIII), que se localiza en el interior del elemento D, participa en la represión transcripcional y la regulación de las capacidades apoptóticas de Myc.
  • La caja IV de Myc (MbIV) participa en actividades de Myc como la apoptosis y la activación transcripcional. Se cree que actúa a través de la asociación de Myc con los promotores de sus genes diana.

Funciones y mecanismos de acción

Una de las principales funciones de la proteína reguladora génica Myc es la regulación directa de la maquinaria del ciclo celular, estimulando el inicio de la mitosis y permitiendo a las células la salida de la fase G0 para continuar el ciclo (figura 3). El mecanismo por el que actúa es regulando el factor de transcripción E2F y las ciclinas G1 reguladoras del ciclo celular, ya sea de manera directa sobre estas o de manera indirecta a través de proteínas como la SCF. Una expresión desregulada de c-Myc se asocia con alteraciones en el control del ciclo por un aumento en la expresión de las ciclinas G1, lo que induce la apoptosis. [1] [5] De igual manera, la inhibición de la proteína Myc podría bloquear vías de señalización específicas de los factores mitógenos del ciclo celular y, de esta manera, facilitar la diferenciación celular. [1]

Figura 3: Procesos celulares controlados por el gen c-Myc en condiciones normales y durante oncogénesis. (Figura adaptada de Vita y Henriksson, 2006) [8]

Asimismo, la proteína Myc también actúa indirectamente sobre más del 10% de los genes humanos que regulan procesos necesarios para la división y el metabolismo celular como la transcripción y procesamiento del rRNA e iniciación de la traducción (figura 3) [3] [5].

El mecanismo de acción de Myc se lleva a cabo por su dimerización con la proteína Max mediante los dominios HLH/LZ (figura 4). Esta región N-terminal es muy importante para la unión de este complejo Myc-Max con el DNA de los promotores de sus genes diana en la región conocida como E-box que contiene la secuencia CACGTG o con una variedad de coactivadores transcripcionales y enzimas modificadoras de histonas, lo que permite la activación de la transcripción y la expresión de estos genes. Un ejemplo es la proteína TRRAP, que se asocia con la histona acetilasa que marca la cromatina para permitir el acceso de factores de transcripción. [1] [3] [4] [5]

La proteína Myc tiene una vida media de 20-30 minutos, mientras que la de la proteína Max es mayor de 24 horas. Por lo tanto, la proteína Myc es el componente limitante del heterodímero y el que regula la transcripción génica. Asimismo, Myc es inactiva cuando se encuentra sola, no forma homodímeros, ni se une al ADN. Requiere la dimerización con Max para unirse al ADN y poder actuar (figura 5). [1]

El complejo Mad-Max, al contrario de Myc-Max, interacciona con las histonas desacetilasas (figura 5) que inducen estructuras compactas de la cromatina, lo cual limita el acceso de los factores de transcripción. [1]

Figura 5: Efecto de los heterodímeros Myc-Max y Myc-Mad en la expresión de genes. (Fuente: Researchgate)

Además de su capacidad para activar la transcripción, Myc también puede funcionar como represor transcripcional mediante su interacción con otro conjunto de proteínas como Miz-1, Sp1, NF-Y y las deacetilasas de histonas. [3]

Por tanto, su capacidad para minimizar la expresión génica es tan importante como la inducción génica para sus actividades como oncoproteína. [3]

Control de Myc

Los niveles y la actividad de Myc deben ser controlados y limitados para permitir un estado proliferativo adecuado en cada célula. Esto depende mucho del tipo celular del que se trate, de forma que, por ejemplo, en los fibroblastos humanos se expresan tan solo 6000 copias de Myc, mientras que en p53 puede llegar hasta las 100000 copias. [3]

La pérdida de la regulación del gen c-Myc ocurre por diferentes mecanismos genéticos, como la amplificación, alteraciones cromosómicas numéricas y estructurales, inserción viral o mutaciones puntuales; estas alteraciones se relacionan con la transformación e inmortalización de las células neoplásicas. [1]

La transcripción de Myc está muy regulada tanto en la iniciación como en la elongación mediante la presencia de los factores mitógenos y señales proliferativas adecuadas. Asimismo, el ARNm de Myc es intrínsecamente inestable, con una vida media de 20 minutos. La traducción del mensajero de Myc está también muy regulada y responde a vías de señalización específicas que controlan su síntesis durante procesos de rápido desarrollo como la apoptosis. Una vez sintetizada, la proteína Myc está regulada por varias modificaciones postraduccionales y por otras moléculas que interactúan y restringen su actividad. El sistema proteosoma-ubiquitina degrada la proteína Myc después de 20-30 minutos de haber sido sintetizada. [3]

La rápida destrucción de Myc y la inestabilidad metabólica de su ARNm son fundamentales tanto para mantener sus niveles celulares bajos como para potenciar la acción de otros procesos reguladores que limitan su síntesis. (3)

Relación de c-Myc con la Nucleolina y oncogénesis

La transcripción de c-Myc está regulada por múltiples promotores y elementos cis, entre los que destaca NHE-III. Este se sitúa en el promotor P1 y controla entre el 85-90% de la transcripción de c-Myc. Esta molécula contiene secuencias ricas en guanina (G) que equilibran la forma transcripcionalmente activa (doble hélice de ADN) y la estructura silenciosa (G-cuadruplexo). [6]

Las secuencias de ADN ricas en guanina dan lugar a los G-cuadruplexos en condiciones fisiológicas. Este motivo está formado por una G-tétrada, que se compone de cuatro guaninas alineadas en una configuración de anillo plano donde cada guanina interactúa con dos guaninas adyacentes a través del enlace de hidrógeno de Hoogsteen. [6]

Figura 5: Estructura de los G-cuadruplexos. (Figura procedente de González y Hurley. 2010) [6]

Se ha demostrado que la formación de un G-quadruplexo en el promotor c-Myc se ve facilitada por el superenrollamiento negativo generado por la transcripción. Además, cuando la hebra rica en G del NHE III se ensambla en un G-quadruplexo, los sitios de unión de los activadores transcripcionales de c-Myc como Sp1 y CNBP se enmascaran, silenciando así su transcripción. [6]

Figura 6. Regulación transcripcional de Myc. (Fuente: Researchgate)

La presencia de motivos G-cuadruplexo está relacionada con la función del gen, de forma que los oncogenes tienen una alta proporción de motivos G-cuadruplexo, mientras que los promotores de los supresores tumorales presentan un potencial extremadamente bajo para la formación de G-cuadruplexo. [6]

La nucleolina es una proteína nucleolar que se une a los G-cuadruplexos de c-Myc y estabiliza esta estructura e inhibe la transcripción. Estructuralmente, esta proteína contiene un dominio N-terminal rico en residuos ácidos, una región central con 4 dominios de unión a RNA y un dominio C-terminal rico en residuos de arginina y glicina. Con esta estructura, la proteína adquiere mayor versatilidad ya que, al combinar múltiples dominios, la nucleolina puede construir varias zonas de interacción que se pueden ensamblar y desensamblar según sea necesario. De esta forma, la nucleolina puede reconocer una gran cantidad de dianas. [6]

Mediante numerosos experimentos se ha demostrado que la deleción del dominio N-terminal permite la expresión adecuada de nucleolina e inducen la formación de G-cuadruplexo. Sin embargo, la deleción del dominio C-terminal causa una disminución de su capacidad para inducir la formación de G-cuadruplexo. Como consecuencia, estos resultados indican que el dominio C-terminal de la nucleolina juega un papel crítico en la formación de la estructura c- Myc G-cuadruplexo. 

La nucleolina reprime la expresión de c-Myc al inducir la formación de una estructura G-cuadruplexo y, de este modo, actúa como un mecanismo de retroalimentación negativa para prevenir la expresión anómala de c-Myc. La localización nuclear (normalmente se encuentra en el nucléolo) inducida por estrés permite que la nucleolina interactúe con el promotor de c-Myc para inducir la formación de G-cuadruplexo. Siguiendo esta teoría, cuando la nucleolina se sitúa en el nucleoplasma se asocia con los efectos proapoptóticos y esto ha sido utilizado para el desarrollo de varios fármacos contra el cáncer. Son muy destacados el cisplatino y la quarfloxina, cuyos mecanismos de acción están relacionados con la redistribución de la nucleolina desde los nucléolos hasta el nucleoplasma: la unión de la cuarfloxina sobre los G-cuadruplexos del ADN desplaza a la nucleolina, que se relocaliza en el nucleoplasma donde se une al Myc G-cuadruplexo para inhibir su expresión, lo que conllevaría a la apoptosis celular.

Figura 7: Mecanismo de acción de la quarfloxina sobre Myc G-cuadruplexo. (Fuente: Researchgate)

C-Myc en oncogénesis e inestabilidad genómica

La pérdida de regulación de c-Myc juega un papel importante en el origen del cáncer pues la sobrexpresión de c-Myc se encuentra en más del 50% de las neoplasias humanas. Entre las alteraciones más comunes de c-Myc que lo relacionan con la oncogénesis destacan:

  • La translocación recíproca. Por ejemplo, en el linfoma de Burkitt, genes translocados se activan de una forma anormal en las células afectadas, lo que conduce a una expresión del gen c-Myc constitutiva y desregulada; así se alcanzan niveles altos de expresión del producto del gen. [1]
  • Las alteraciones en la maquinaria del ciclo celular como el punto de control G1/S, en el cual se presenta la respuesta al daño del ADN, lo que produce un acúmulo de diversos tipos de daños en la célula que conduce a una gran inestabilidad genética. [1]
  • La inducción de especies reactivas de oxígeno y la promoción de aneuploidías y tetraploidías. Por consiguiente, la desregulación de c-Myc afecta a su interacción con sus genes diana, que son responsables de la integridad del genoma a través de la supresión de tumores y la reparación del ADN, lo que ocasiona que se alteren diversos mecanismos celulares y genéticos. De esta forma se induce la aparición de un fenotipo mutado en las células neoplásicas. [1]
  • La sobreexpresión de Myc produce la sobreexpresión de numerosos genes como las ciclinas G1. La ciclina D2 es uno de los principales target. La unión de Myc al promotor de la ciclina D2 en la región E-box induce la acetilación de histonas en TRRAP, la traducción del ARNm de la ciclina D2 y la expresión de esta proteína. [2][4]
  • Las alteraciones de los heterodímeros Myc-Max. El 15% de los promotores genéticos en el linfoma de Burking y más del 45% de los orígenes de replicación de las células humanas que contienen los motivos de caja-E donde se une Myc poseen afectaciones. Esto produce cambios negativos en la regulación del ciclo celular, metabolismo, apoptosis, metástasis… [2]

Además, c-Myc se relaciona con elementos extracromosómicos como EEs, pequeños motivos de ADN circular que no forman parte de los cromosomas. Estos se encuentran de forma normal en la célula y no están asociados con la malignización, pero en células tumorales se ha observado que pueden contener genes y replicarse, denominándose entonces episomas.

Por tanto, además de la pérdida del control proteolítico por cambios en la maquinaria de Myc, los cambios dentro del propio Myc podrían alterar su estabilidad y conducir a un aumento de los niveles de Myc, contribuyendo así a la iniciación o progresión del tumor. [3]

Conclusión

Como se ha desarrollado a lo largo de la publicación, la mayoría de mutaciones que conllevan a oncogénesis por el gen c-Myc no están relacionados con cambios durante su producción o maduración, sino que se debe a procesos de alteraciones génicas. Sin embargo, es importante conocer bien las funciones fisiológicas que desempeña la proteína Myc y su oncogen y tener en cuenta los elementos implicados en su regulación y procesado para así establecer posibles terapias o tratamientos farmacológicos que consigan reducir los tumores en los que se ve implicado.

Bibliografía

  1. Ospina Pérez Mariano, Muñetón Peña Carlos Mario. Alteraciones del gen c-Myc en la oncogénesis. Iatreia  [Internet]. 2011  Dec [cited  2022  Jan  03] ;  24( 4 ): 389-401. Available from: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0121-07932011000400006&lng=en.
  2. Kuzyk A, Mai S. c-MYC-induced genomic instability. Cold Spring Harb Perspect Med. 2014 Apr 1;4(4):a014373. doi: 10.1101/cshperspect.a014373. PMID: 24692190; PMCID: PMC3968784.
  3. Thomas LR, Tansey WP. Proteolytic control of the oncoprotein transcription factor Myc. Adv Cancer Res. 2011;110:77-106. doi: 10.1016/B978-0-12-386469-7.00004-9. PMID: 21704229.
  4. Bretones G, Delgado MD, León J. Myc and cell cycle control. Biochim Biophys Acta. 2015 May;1849(5):506-16. doi: 10.1016/j.bbagrm.2014.03.013. Epub 2014 Apr 1. PMID: 24704206.
  5. Evan GI, Littlewood TD. The role of c-myc in cell growth. Curr Opin Genet Dev. 1993 Feb;3(1):44-9. doi: 10.1016/s0959-437x(05)80339-9. PMID: 8453273.
  6. González V, Hurley LH. The C-terminus of nucleolin promotes the formation of the c-MYC G-quadruplex and inhibits c-MYC promoter activity. Biochemistry. 2010 Nov 16;49(45):9706-14. doi: 10.1021/bi100509s. Epub 2010 Oct 21. PMID: 20932061; PMCID: PMC2976822.
  7. Universidad de Cantabria, & Quintanilla Cavia, A. (2013, septiembre). Myc oncoprotein role in the regulation of transcription, differentiation and senescence. https://repositorio.unican.es/xmlui/bitstream/handle/10902/4329/Tesis%20AQC.pdf;sequence=1
  8. Vita M, Henriksson M. The Myc oncoprotein as a therapeutic target for human cancer. Semin Cancer Biol. 2006 Aug;16(4):318-30. doi: 10.1016/j.semcancer.2006.07.015. Epub 2006 Aug 3. PMID: 16934487.

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