Hace no muchos días salió en muchos medios de comunicación el caso de una paciente de 35 años que ha sufrido 12 tumores y ha sobrevivido a todos ellos. Hoy la autora de la investigación sobre este caso, nos lo cuenta en Dciencia.

¡Hola! Me llamo Carolina Villarroya y os voy a contar un estudio que acabamos de publicar en la revista Science Advances.  Este trabajo se llevó a cabo en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) en colaboración entre el grupo de División Celular y Cáncer, dirigido por el Dr. Marcos Malumbres, la Unidad de Cáncer Familiar, dirigido por el Dr. Miguel Urioste, y la Unidad de Citogenética, dirigida por la Dra. Sandra Rodríguez-Perales.

¿Qué le ocurría a nuestra paciente?

La paciente fue diagnosticada de rabdomiosarcoma embrionario, un tipo de cáncer infantil, a los 2 años de vida. Más tarde, y a lo largo de sus 35 años de vida, fue diagnosticada de hasta una docena de distintos tipos de tumores, cinco de ellos malignos, en diferentes partes del cuerpo. Además, presentaba microcefalia, determinadas alteraciones faciales y múltiples manchas café con leche. Dado su historial médico, se sospechó de la existencia de mutaciones en su ADN que aumentaban su susceptibilidad a sufrir cáncer. Sin embargo, al estudiar la secuencia de los principales genes de susceptibilidad a tumores conocidos, no se encontró nada.  Por esta razón se decidió llevar a cabo la secuenciación de todos sus genes (WES, Whole Exome Sequencing por sus siglas en inglés); esto implica leer unos 30 millones de pares de bases, que es como se llaman cada una de las “letras” que componen nuestros más de 20000 genes. Este análisis identificó dos mutaciones distintas en cada una de las dos copias del gen MAD1L1, una heredada del padre y otra de la madre.

¿Qué hace el gen MAD1L1?

Estas mutaciones son como un cambio de una letra por otra en un gen, una especie de errata. Muchas veces, este tipo de mutaciones no tienen ningún efecto, pero en este caso, hacían que ninguna de las dos copias del gen MAD1L1 se pudiera leer correctamente y, como consecuencia, a la paciente le faltaba la proteína MAD1. Esta proteína es esencial en el proceso de división celular para controlar el reparto correcto del material genético entre las dos células hijas. Al estar ausente esta proteína, se producían continuos errores en el reparto del ADN entre las células hijas, y como consecuencia, la paciente tenía más del 30% de sus células con un número erróneo de cromosomas, condición que se conoce como “aneuploidía”. Hace algunos años en nuestro laboratorio, intentamos generar un ratón knockout en el que habíamos eliminado el gen MAD1L1 y, por tanto, la proteína MAD1. Sin embargo, estos ratones se morían en etapas muy tempranas en el desarrollo embrionario, por lo que fue realmente sorprendente hallar una persona que, sin esta proteína, hubiera sobrevivido al desarrollo embrionario y llegado a la edad adulta, además con una proporción tan elevada de células con un número de cromosomas erróneo.

¿Por qué se desarrollaban tantos tumores?

La ausencia de la proteína MAD1 genera lo que se conoce como “inestabilidad genómica”. Es decir, en la paciente se producen continuamente cambios en el ADN de sus células por pérdida o ganancia de cromosomas. Estos cambios normalmente son perjudiciales, pero en determinadas ocasiones pueden suponer una ventaja para la célula, que podría proliferar más rápido o sobrevivir mejor en determinadas condiciones. Cuando esto ocurre, esta célula con una mutación ventajosa se dividirá más que las demás, generando clones de sí misma y dando lugar, con el tiempo, al desarrollo de un tumor.

¿Qué es el análisis de célula única?

Para hacer una caracterización molecular exhaustiva de estas células y estudiar las consecuencias de la inestabilidad genómica en la paciente, llevamos a cabo una técnica de secuenciación de RNA a nivel de célula única (single cell-RNAseq) en una muestra de sangre de la paciente, de sus dos progenitores y de dos controles sanos. En esta técnica separamos todas las células de la muestra y secuenciamos su ARN una a una. Secuenciar el ARN de una célula nos permite saber exactamente qué genes está expresando, y por tanto saber, en primer lugar, qué tipo de célula es (por ejemplo, si es un linfocito B o T o cualquier otro tipo de célula). En segundo lugar, nos permite saber no solo quién es esa célula sino también cómo está en ese momento, compararla con otras células de la misma muestra o de otra (como los controles sanos) y ver en qué se parecen o se diferencian. Por último, podemos inferir si son aneuploides, es decir, si han perdido o ganado algún cromosoma y cuál; por tanto, podemos estudiar las consecuencias de las aneuploidías para las propias células que las padecen y para el resto de células sanas que están en contacto con ellas. Teniendo en cuenta que se hizo esto para más de 33000 células por separado, la cantidad de información que se pudo extraer de tan solo 10ml de sangre fue enorme.

¿Qué les pasaba a las células de la paciente?

Utilizando la información obtenida de nuestros análisis de célula única pudimos observar varias cosas:

1. Las células aneuploides de la paciente expresaban, en general, menores niveles de la maquinaria necesaria para producir proteínas. Además, expresaban también menores niveles de genes encargados de la fosforilación oxidativa, proceso por el cual se obtiene energía en las mitocondrias.
2. Las células aneuploides expresaban mayores niveles de los genes que codifican para unas proteínas llamadas “humaninas”, que se producen en condiciones de estrés mitocondrial y se secretan al medio exterior. Se ha descrito que la liberación de estas proteínas puede mejorar la supervivencia de las células de alrededor y su resistencia frente a situaciones de estrés.
3. Las células no aneuploides de la paciente expresaban genes que indicaban la activación de la respuesta inmune mediada por el factor de transcripción NFKB y por citoquinas pro-inflamatorias. Además, se observó una expansión muy significativa de un tipo de células del sistema inmune poco comunes llamadas células T gamma-delta, cuya proporción en todos los controles era muy escasa.

Imágenes representativas de linfocitos de un donante sano (izquierda) o de la paciente (derecha), que muestra un ejemplo de mitosis aberrante en presencia de taxol. En rojo se muestra la histona H3 fosforilada (marcador de mitosis), en verde la α-tubulin (marcador de citoesqeleto) y en azul el DAPI (marcador de DNA).

Detectar un tumor antes de que se produzca

El análisis de célula única también nos permitió detectar la selección clonal de determinadas aneuploidías, ¿pero esto qué significa? En nuestra paciente las aneuploidías que se generan son en mosaico, es decir, algunas células tienen una copia extra del cromosoma 2, otras del cromosoma 21, otras han perdido el 4, etc. Sin embargo, pudimos detectar que la mayor parte de un tipo de células concreto, las células B kappa intermedias, presentaban una ganancia en el cromosoma 12. Además, estas células tenían un perfil de expresión génica típico de células de leucemia linfocítica crónica y no presentaban, como el resto de células aneuploides, una disminución en los niveles de expresión de la maquinaria de traducción de proteínas ni de fosforilación oxidativa. Estos datos lo que sugieren es que una célula B que adquirió un cromosoma 12 extra, adquirió una ventaja evolutiva frente a las demás, lo que le permitió compensar los efectos negativos de las aneuploidías y además proliferar más que las demás generando clones de sí misma. Es decir, con este análisis de célula única técnica pudimos detectar un grupo de células potencialmente peligroso antes de que haya una expansión de estas células que se pueda detectar por ninguna otra técnica, y por supuesto antes de que aparezcan síntomas clínicos. Esto demuestra el gran potencial que tienen este tipo de análisis en el diagnóstico temprano de cáncer, y de la necesidad de trasladar esta tecnología desde los laboratorios a la práctica clínica.

¿Cómo pudo la paciente superar tantos tumores?

A día de hoy no lo sabemos a ciencia cierta, pero pensamos que puede ser debido a la combinación de dos factores. En primer lugar, hablamos antes de que la ausencia de la proteína MAD1 genera a la paciente una gran inestabilidad genómica, la cual es el origen de sus tumores, pero también puede ser parte de la solución. Es decir, a la larga estos tumores que se han formado acumularán cada vez más y más mutaciones, muchas de las cuales serán perjudiciales, y que a la larga dificultarán que ese tumor se desarrolle más a partir de un punto. Por otro, lado hemos visto en esta paciente una sobre-activación del sistema inmune, que probablemente esté entrenado para responder frente a células con inestabilidad genómica o aneuploidías eliminándolas de forma eficiente. El papel que puedan desempeña las células T gamma-delta en esta respuesta inmune es aun desconocido, pero abre nuevas e interesantes vías de investigación en inmunoterapia contra el cáncer.

Artículo original

Villarroya-Beltri C, Osorio A, Torres-Ruiz R, Gómez-Sánchez D, Trakala M, Sánchez-Belmonte A, Mercadillo F, Hurtado B, Pitarch B, Hernández-Núñez A, Gómez-Caturla A, Rueda D, Perea J, Rodríguez-Perales S, Malumbres M, Urioste M. Biallelic germline mutations in MAD1L1 induce a syndrome of aneuploidy with high tumor susceptibility. Sci Adv. 2022 Nov https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9629740/