Regulation of RAS-GTPase Activity by Oncofetal Chondroitin Sulfate (Chondroitin 4-Sulfate) and Arylsulfatase B

El cáncer a menudo comienza con un interruptor roto dentro de una célula. Este interruptor es una proteína llamada RAS, que actúa como un guardián para el crecimiento celular. Cuando la puerta está cerrada, la célula permanece tranquila; cuando está abierta, la célula recibe la señal para dividirse. En muchos tumores agresivos, esta puerta se queda trabada en la posición abierta, lo que provoca que las células se multipliquen de forma incontrolada. Durante décadas, los científicos han luchado por reparar este interruptor roto porque la forma de la proteína hace que sea casi imposible para los fármacos estándar aferrarse a ella. Si bien medicamentos recientes han aprendido a atacar versiones específicas y defectuosas de este interruptor, no funcionan para todos los pacientes, y el cáncer suele encontrar una manera de resistirlos. Esto ha dejado a los investigadores buscando una estrategia diferente: en lugar de intentar parchar el interruptor roto directamente, buscan formas de apagar la señal que le dice al interruptor que permanezca abierto en primer lugar.

Un nuevo estudio de investigadores del Centro Médico VA Jesse Brown explora un camino sorprendente para resolver este problema. Descubrieron que la actividad del interruptor RAS está profundamente conectada con una molécula de azúcar que se encuentra en la superficie de las células, conocida como condroitín 4-sulfato. Este azúcar es parte de una familia más amplia de moléculas que recubren nuestras células, actuando algo así como una manta protectora o una red de comunicación. Los investigadores se centraron en una enzima llamada Arilsulfatasa B, que actúa como un par de tijeras moleculares. Su trabajo es recortar una etiqueta química específica, un grupo sulfato, del azúcar condroitín la 4-sulfato. Cuando esta enzima funciona normalmente, mantiene el azúcar en un estado específico. Pero cuando la enzima falta o es silenciada, el azúcar se acumula con demasiadas etiquetas de sulfato adheridas.

El equipo se propuso ver qué sucede con el interruptor RAS cuando este equilibrio de azúcares se altera. Trabajaron con células de melanoma humano, que son un tipo de cáncer de piel, así como con células de la piel normales y células del intestino. En el laboratorio, utilizaron un método preciso para silenciar el gen que produce la enzima Arilsulfatasa. Como esperaban, el silenciamiento de la enzima provocó la acumulación del azúcar condroitín 4-sulfato. Lo que descubrieron a continuación fue impactante: el interruptor RAS, que debería haber estado tranquilo, de repente pasó a su estado activo. La actividad de este interruptor aumentó drástamente, incrementándose hasta un 222 por ciento en algunos casos. Por el contrario, cuando los investigadores añadieron una versión fabricada de la enzima de nuevo en las células, los niveles de azúcar bajaron y la actividad del interruptor RAS cayó más de la mitad. Este patrón se mantuvo no solo en un cultivo de células, sino también en ratones con tumores de melanoma, donde el tratamiento de los animales con la enzima redujo la actividad del interruptor RAS en sus tumores de pulmón y piel.

Para entender cómo una molécula de azúcar puede controlar un interruptor de proteínas, los investigadores rastrearon los pasos intermedios. Descubrieron que la acumulación del azúcar sulfatado cambia la forma en que otras moléculas en la célula interactúan. Específicamente, una proteína llamada galectina-3, que normalmente se adhiere al azúcar, encuentra más difícil unirse cuando el azúcar está sobrecargado con etiquetas de sulfato. Esto deja a la galectina-3 flotando libremente en la célula. Esta proteína que flota libremente entonces desencadena una reacción en cadena que aumenta la producción de otra proteína llamada EGFR. El EGFR es un receptor en la superficie celular que actúa como una antena, escuchando las señales de crecimiento. Cuando hay más de esta antena, la célula se vuelve hipersensible a las señales de crecimiento, lo que a su vez obliga al interruptor RAS a permanecer abierto. Los investigadores confirmaron esto al demostrar que si bloqueaban la producción de EGFR o detenían los pasos de señalización que conducen a ella, el aumento en la actividad de RAS desaparecía, incluso cuando los niveles de azúcar eran altos.

El estudio también analizó cómo la célula fabrica estas etiquetas de sulfato en primer lugar. Las etiquetas son añadidas por enzimas llamadas sulfotransferasas, que dependen de una fuente de combustible universal llamada PAPS. Cuando los investigadores redujeron la cantidad de esta fuente de combustible, la actividad general del interruptor RAS disminuyó ligeramente, lo que sugiere que la capacidad de la célula para sulfatar sus azúcares está directamente relacionada con cuánto trabaja el interruptor RAS. Curiosamente, descubrieron que no todas las enzimas que modifican los azúcares tenían el mismo efecto. Eliminar la capacidad de añadir un tipo diferente de etiqueta, un grupo seis-sulfato, no cambió en absoluto el interruptor RAS. Esto confirmó que la etiqueta específica de cuatro-sulfato en el azúcar de condroitín es el factor crítico que impulsa el cambio.

La conexión entre el azúcar y el interruptor es tan fuerte que los investigadores encontraron una coincidencia casi perfecta entre la cantidad de condroitín 4-sulfato en las células y la actividad del interruptor RAS. A medida que los niveles de azúcar aumentaban, la actividad del interruptor aumentaba en sincronía. También probaron una proteína llamada VAR2CSA, que es conocida por unirse fuertemente a este tipo específico de azúcar. Descubrieron que cuando los niveles de azúcar eran altos debido a la falta de la enzima, la VAR2CSA se unía a este con mucha más fuerza, confirmando aún más que la estructura del azúcar había cambiado de una manera que alteró sus interacciones con otras proteínas.

Este trabajo sugiere una nueva forma de pensar en el control del crecimiento del cáncer. En lugar de intentar forzar al interruptor RAS roto a cerrarse, puede ser posible reducir los niveles del azúcar específico que lo mantiene abierto. Al restaurar la actividad de la enzima Arilsulfatasa o bloquear la producción del azúcar sulfatado, podría ser posible bajar el volumen de las señales de crecimiento que impulsan los tumores. Los investigadores señalan que, si bien se están desarrollando nuevos fármacos para atacar mutaciones específicas en la proteína RAS, este enfoque ofrece un ángulo diferente que podría funcionar en muchos tipos diferentes de cáncer, independientemente de la mutación específica presente. Los hallazgos apuntan a una vía biológica donde la química de las moléculas de azúcar en la superficie celular puede dictar el comportamiento de los motores más famosos del cáncer, ofreciendo un nuevo objetivo para futuras terapias.