Resumen

Wnt5a participa en la activación de varias vías de señalización Wnt no canónicas, que pueden inhibir o activar la vía de señalización Wnt/β-catenina canónica de forma dependiente del contexto del receptor. La señalización de Wnt5a es fundamental para regular los procesos normales de desarrollo, incluyendo la autorrenovación, proliferación, diferenciación, migración, adhesión y polaridad de las células madre. Además, la activación o inhibición aberrante de la señalización de Wnt5a está emergiendo como un evento importante en la progresión del cáncer, ejerciendo efectos tanto oncogénicos como de supresión de tumores. Estudios recientes muestran la implicación de la señalización de Wnt5a en la regulación de la autorrenovación de las células madre normales y cancerosas, la proliferación de las células cancerosas, la migración y la invasión. En este artículo, revisamos los hallazgos recientes relativos a los mecanismos moleculares y las funciones de la señalización de Wnt5a en las células madre en la embriogénesis y en la mama u ovario normal o neoplásico, destacando que Wnt5a puede tener diferentes efectos en las células diana dependiendo de los receptores de superficie expresados por la célula diana.

1. Introducción

Las células madre, incluyendo las células madre embrionarias y las células madre identificadas en tejidos adultos, tienen capacidad de autorrenovación y de generar progenie más diferenciada. La célula madre embrionaria se deriva de la masa celular interna del blastocisto, es pluripotente y, por tanto, puede generar todos los tejidos del cuerpo . Las células madre de los tejidos adultos residen en nichos especializados, donde integran diversas entradas de señalización ambientales e intrínsecas que determinan el destino de las células y mantienen la homeostasis de los tejidos.

Los factores Wnt son un grupo de estas moléculas de señalización que actúan sobre las células madre dentro del nicho de células madre para ayudar a mantener su capacidad de autorrenovación. Se sabe que los factores Wnt se unen a diferentes receptores para transducir la vía de señalización canónica o la(s) vía(s) de señalización no canónica(s) que regulan diversas actividades biológicas . La vía de señalización canónica de Wnt se inicia cuando los factores Wnt se unen a los receptores de la familia Frizzled (Fzd) y a los coreceptores de la proteína relacionada con el receptor de lipoproteínas de baja densidad 5/6 (LRP5/6) para formar complejos. Esto provoca el reclutamiento de Axin y dishevelled (Dvl) a la membrana plasmática y la interrupción del complejo de degradación de β-catenina, lo que lleva a la acumulación de β-catenina en el citoplasma, que luego se transloca al núcleo, donde se une a la familia del factor de células T (TCF)/factor potenciador linfático (LEF) y activa la transcripción de los genes diana Wnt canónicos . En cambio, varios factores Wnt activan vías independientes de la β-catenina (vías de señalización Wnt no canónicas), conocidas como la vía Wnt-Ca2+ o la vía de la polaridad celular planar (PCP), que actúan para dirigir la migración celular durante la embriogénesis.

Diecinueve glicoproteínas secretas de la familia Wnt ricas en cisteína han sido identificadas en ratones y humanos. Durante la embriogénesis temprana de los mamíferos o el mantenimiento de la homeostasis de los tejidos adultos, estos factores Wnt y sus receptores se expresan dinámicamente para activar la señalización adecuada, con el fin de asegurar el equilibrio correcto entre proliferación y diferenciación. La alteración de la señalización Wnt con una expresión aberrante de los factores Wnt, de sus receptores o de las moléculas de señalización posteriores puede conducir al desarrollo de varios cánceres humanos . Dado que la capacidad de iniciación tumoral parece estar restringida a una pequeña población de células tumorales dotadas de capacidad de autorrenovación y diferenciación, a menudo se las denomina células madre cancerosas (CSC, o células de iniciación tumoral) . Y lo que es más importante, la biología de las células madre embrionarias, las células madre normales y las CSC está muy interrelacionada. Esto es evidente por el hecho de que las señales moleculares (por ejemplo, la señalización Wnt) que definen y mantienen las células madre embrionarias o las células madre normales adultas a menudo se activan de forma aberrante en las células tumorales.

Un enfoque principal de esta revisión es el papel de la señalización Wnt5a a través de diferentes receptores de superficie en la regulación de las células madre en la embriogénesis y en la mama u ovario normal o neoplásico, ya que ya hay varias revisiones excelentes que cubren aspectos de la señalización Wnt en el cáncer de colon . Resumimos los últimos avances sobre las vías de señalización que son activadas por Wnt5a y que plantean un enigma para el diseño racional de fármacos destinados a agotar las CSCs (o células iniciadoras de tumores) dentro de los tumores, a la vez que se preservan las funciones de los tejidos normales.

2. Vía de señalización de Wnt5a

Wnt5a es un ligando Wnt no canónico que está conservado evolutivamente y juega un papel importante en el desarrollo. Los ratones homocigotos knockout de Wnt5a presentan letalidad perinatal debido a defectos de desarrollo . Estudios anteriores demostraron que Wnt5a puede interactuar con Fzd2 y el receptor huérfano similar a la tirosina quinasa 2 (ROR2) para activar Rac1 en una vía independiente de la β-catenina. Más recientemente, demostramos que Wnt5a inducía la heterooligermización del receptor huérfano similar a la tirosina quinasa 1/2 (ROR1/ROR2), que reclutaba y activaba factores de intercambio de guanina (GEFs), que a su vez activaban RhoA y Rac1, respectivamente, potenciando la quimiotaxis y la proliferación de las células leucémicas . Por otra parte, como otra acción de Wnt5a, compitió con Wnt3a por la unión a Fzd2, inhibiendo así la fosforilación de LRP6 dependiente de Wnt3a y la acumulación de β-catenina in vitro y en células intactas, inhibiendo la capacidad de Wnt3a para inducir la acumulación de β-catenina, e inhibiendo así la señalización Wnt dependiente de β-catenina .

Sin embargo, Wnt5a también pudo activar la vía dependiente de β-catenina e inducir la formación de ejes secundarios en embriones de Xenopus que coexpresaban el receptor Fzd5 . Posteriormente, otro estudio descubrió que Wnt5a podía inhibir la señalización canónica Wnt/β-catenina en células que expresaban ROR2, pero también podía inducir la señalización canónica Wnt/β-catenina en células que expresaban Fzd4 y LRP5 . Así, un único ligando de Wnt5a puede tener efectos dispares en las células dependiendo de la disponibilidad del receptor. Por lo tanto, el contexto celular dicta el efecto de Wnt5a. Esto podría explicar la observación de que Wnt5a podría ejercer efectos oncogénicos o supresores de tumores en diferentes tipos de cáncer.

3. Señalización de Wnt5a en células madre embrionarias

La vía Wnt (activada por Wnt3a, Wnt5a o Wnt6) también podría estar implicada en el mantenimiento a corto plazo de la pluripotencia de las células madre de ratón y humanas. La primera evidencia de esto fue proporcionada por un estudio de un inhibidor farmacológico de la glucógeno sintasa quinasa-3 (GSK3) que podría modular la actividad de GSK3, llevando a la activación de la señalización canónica de β-catenina y al aumento de la estabilidad de c-Myc . Posteriormente se descubrió que las células alimentadoras de fibroblastos embrionarios producían Wnt5a y Wnt6, que podían inhibir la diferenciación de las células madre embrionarias de ratón de forma dependiente del suero. La activación directa de la β-catenina, utilizando β-catenina constitutivamente activa (S33Y) sin alterar los componentes ascendentes de la Wnt/β-catenina, recapituló completamente el efecto de los Wnts en las células ES. Es importante destacar que Wnt5a también es un potente inhibidor de la fosforilación de β-catenina, estabilizando así la β-catenina. Estos datos sugieren que Wnt5a señala la estabilización de β-catenina para activar aún más la señalización canónica de Wnt/β-catenina en las células ES de ratón. Por último, la vía Wnt/β-catenina puede regular al alza el ARNm de STAT3, un conocido regulador de la autorrenovación de las células madre embrionarias, lo que sugiere un mecanismo molecular por el que la vía Wnt/β-catenina actúa para evitar la diferenciación de las células madre embrionarias a través de la convergencia en la vía LIF/JAK-STAT a nivel de STAT3. Sin embargo, no está claro qué receptores de superficie están implicados en la activación de la señalización Wnt5a/β-catenina en las células ES y si la señalización Wnt no canónica también podría ser activada por Wnt5a en las células ES.

4. Señalización de Wnt5a en las células madre de los tejidos normales de la glándula mamaria y del ovario

Una línea de evidencia apoya la importancia de Wnt en el mantenimiento de las células madre de la glándula mamaria . Sin embargo, Wnt5a no induce la actividad de transactivación de β-catenina/TCF en el tejido de la glándula mamaria. Las células de la glándula mamaria son hiperproliferativas en los ratones knockout de Wnt5a, mientras que en presencia de Wnt5a ectópico se inhibe la extensión ductal . Estos fenotipos son inversos a la activación de la señalización canónica Wnt/β-catenina. Por lo tanto, Wnt5a puede limitar y controlar el crecimiento de la glándula mamaria mediante la supresión de la señalización Wnt/β-catenina. Resulta entonces desconcertante que esta inhibición del crecimiento de la glándula mamaria no se haya observado en las cepas transgénicas de MMTV-Wnt5a.

En el germen de Drosophila, se produce una alteración de la señalización de Wingless (Wg; el homólogo de Wnt en la mosca) en las células madre de la línea germinal del ovario (GSC) a través de la eliminación de sus reguladores, como dishevelled, armadillo, Axin y shaggy; esto provoca la pérdida de GSC, influye en la proliferación de las células foliculares e induce la diferenciación . El uso de la orientación génica condicional para Wnt5a en las células de la granulosa (GC) del ovario da lugar a la subfertilidad femenina asociada con el aumento de la atresia folicular y la disminución de las tasas de ovulación. En un estudio posterior se descubrió que Wnt5a regula sus genes diana no mediante la señalización a través de la vía Wnt/Ca2+ o de la polaridad celular planar, sino más bien mediante la inhibición de la vía canónica, haciendo que disminuyan los niveles de la proteína β-catenina y del elemento de respuesta al AMPc (CREB) a través de una vía dependiente de la glucógeno sintasa quinasa-3β en las células de la granulosa ovárica (GC). Estos datos indican que Wnt5a es necesario para el desarrollo normal del folículo ovárico y puede antagonizar la capacidad de respuesta a la gonadotropina en las células de la granulosa mediante la supresión de la señalización canónica de Wnt/β-catenina.

En conjunto, es muy probable que Wnt5a suprima la señalización de β-catenina en las células madre normales de los tejidos de la glándula mamaria y del ovario, aunque Wnt5a es capaz de activar la señalización de β-catenina en las células madre embrionarias. Es necesario investigar más a fondo si esta diferencia se debe a los receptores que se expresan diferencialmente en las células madre embrionarias frente a las células madre de la glándula mamaria normal o del ovario.

5. Señalización de Wnt5a en las células madre del cáncer de mama

Los factores Wnt pueden afectar a diversas células epiteliales mamarias e inducir una expansión de las células madre durante la progresión del tumor . Además, la expresión aberrante de β-catenina se asoció con cánceres de mama basales y triplemente negativos y con un mal resultado clínico . La aparición de una señalización Wnt aberrante en subtipos específicos de cáncer de mama es menos probable que esté dictada por la activación causada por mutaciones somáticas. No se han identificado mutaciones en CTNNB1, que codifica la β-catenina, y se han identificado mutaciones en APC en menos del 20% de las muestras de pacientes con cáncer de mama. Se necesita más investigación para determinar qué ligandos y receptores Wnt causan esta señalización aberrante de Wnt/β-catenina.

Recientemente, un estudio sobre células primarias de ratón MMTV-Wnt1 descubrió que tanto Wnt3a recombinante como Wnt5a recombinante podían potenciar la formación de mamasferas in vitro. La formación de mamasferas inducida por Wnt5a no fue causada por un aumento de la señalización canónica Wnt/β-catenina, sino que fue mediada por la señalización Wnt no canónica que requiere el receptor tirosina quinasa ROR2 y la actividad de la quinasa Jun N-terminal, JNK, en células de cáncer de mama de ratón. Esto es coherente con la observación de que las pacientes con cánceres de mama que expresan ROR2 tenían una supervivencia global significativamente menor que las que tenían tumores sin expresión de ROR2 . Sin embargo, el silenciamiento de ROR2 en líneas celulares de cáncer de mama humano disminuyó tanto las dianas dependientes de β-catenina como las independientes de β-catenina , lo que sugiere que ROR2 puede estar implicado tanto en las vías de señalización Wnt dependientes de β-catenina como en las independientes de β-catenina. ROR1 parece expresarse predominantemente en los tumores menos diferenciados que tienen un alto potencial de recaída y metástasis y que también expresan marcadores asociados a la transición epitelial-mesenquimal (EMT) . Por el contrario, el silenciamiento de ROR1 en líneas celulares de cáncer de mama humano podría atenuar la expresión de genes asociados a la EMT y perjudicar su capacidad de migración/invasión in vitro y su potencial metastásico in vivo . Muy recientemente, Chien et al. informaron de que la expresión de ROR1 podría ser un factor pronóstico adverso independiente en pacientes con cánceres de mama triplemente negativos . Se desconoce si ROR1 puede tener un efecto similar al de ROR2 en las células madre del cáncer de mama y qué vía(s) de señalización activa(n) ROR1 en las células madre del cáncer de mama.

Un estudio sobre un modelo de ratón de cáncer de mama inducido por ErbB2 encontró pruebas contradictorias sobre el efecto de Wnt5a en las células madre del cáncer de mama humano. Durante la tumorigénesis mamaria inducida por ErbB2, las células iniciadoras de tumores (TIC) basales, que mostraban una mayor capacidad tumorigénica en comparación con los progenitores luminales correspondientes, perdían preferentemente la expresión de Wnt5a, según se determinó mediante un análisis de perfiles de transcripción. Además, la heterocigosidad de Wnt5a promovió la multiplicidad del tumor y la metástasis pulmonar. Como sustrato del TGFβ, la Wnt5a producida por las células luminales indujo un bucle de alimentación que activó SMAD2 de una manera dependiente de RYK y TGFβR1 para limitar la expansión de las TIC basales de una manera paracrina, una explicación potencial para el efecto supresor de Wnt5a en la tumorigénesis mamaria . En este modelo de ratón, no se sabe si se activó la señalización canónica de Wnt/β-catenina o si Wnt5a también inhibió la señalización canónica de β-catenina para suprimir la expansión de las TIC basales.

El laboratorio de Weinberg estudió células epiteliales mamarias humanas inmortalizadas (mMECs) y descubrió que tanto las vías canónicas como las no canónicas de Wnt cooperaban con la señalización de TGFβ no sólo en el mantenimiento, sino intrigantemente también en la inducción, de las propiedades de las células madre . Además, sólo los ligandos no canónicos de Wnt, Wnt5a y Wnt16, fueron regulados al alza en las células madre en relación con las células no madre. Por lo tanto, es posible que Wnt5a o Wnt16 puedan activar la vía de señalización Wnt canónica o no canónica de una manera dependiente del contexto del receptor en las células madre del cáncer de mama humano.

6. Señalización de Wnt5a en las células madre del cáncer de ovario

Similar al cáncer de mama, el efecto de Wnt5a en el cáncer de ovario también es controvertido. Un estudio temprano de los tumores primarios de ovario () que mostró bajos niveles de Wnt5a en el cáncer de ovario en relación con el ovario normal es predictivo de un mal resultado . La expresión ectópica de Wnt5a inhibe la proliferación de la línea celular de cáncer de ovario humano OVCAR5 tanto in vitro como en modelos de ratón de cáncer de ovario ortotópico in vivo. Mecánicamente, la expresión ectópica de Wnt5a en OVCAR5 antagoniza la señalización canónica de Wnt/β-catenina e induce la senescencia celular mediante la activación de la vía de senescencia del represor de histonas A (HIRA)/leucemia tromielocítica (PML) .

En cambio, los estudios que incluyen un gran número de pacientes encontraron que la regulación al alza de Wnt5a se asoció con un pronóstico relativamente malo . En comparación con la frecuencia de expresión de Wnt1 en el cáncer de ovario, Wnt5a se encontró con mayor frecuencia en pacientes con cáncer de ovario epitelial maligno (80% de un total de 38) . Cabe destacar que las pacientes con cánceres de ovario que expresan niveles elevados tanto de Wnt1 como de Wnt5a tenían una probabilidad significativamente menor de supervivencia a largo plazo que las pacientes con cánceres de ovario que no expresaban Wnt1 ni Wnt5a. Además, Wnt5a es prevalente en el líquido de ascitis obtenido de mujeres con cáncer de ovario , lo que sugiere que contribuye al microambiente del tumor de ovario. Esto es coherente con la observación de que los altos niveles de Wnt5a se asocian con un mayor riesgo de metástasis.

Las mutaciones activadoras de la vía Wnt canónica son raras en el cáncer de ovario, con la excepción de los cánceres de ovario endometrioides . La contribución de la señalización Wnt canónica a la progresión del cáncer de ovario sigue siendo desconocida. Por el contrario, los estudios sobre la señalización Wnt/β-catenina no canónica muestran que Wnt5a puede regular la EMT, la migración o la metástasis del cáncer de ovario a través de vías de señalización no canónicas. En consonancia con esta noción, estudios recientes han descubierto que la expresión de ROR1, un receptor de Wnt5a, se expresaba en gran medida en los cánceres de ovario de alto grado y menos diferenciados y se asociaba con una supervivencia libre de enfermedad y una supervivencia global relativamente cortas en comparación con los cánceres de ovario que no expresaban ROR1 . Los cánceres de ovario que expresan altos niveles de ROR1 tenían firmas de expresión génica asociadas a las CSC de ovario . Además, la expresión de ROR1 en las células tumorales parece estar relacionada con la expresión de ALDH1 y la capacidad de formar esferoides tumorales in vitro (ambos marcadores de CSC). El tratamiento de células tumorales primarias de ovario derivadas de pacientes (PDX), que expresan altos niveles de ROR1, con un mAb anti-ROR1 (UC-961 o cirmtuzumab), inhibió la formación de esferoides y la migración in vitro, así como el injerto y el re-injerto en ratones inmunodeficientes, lo que indica que ROR1 puede influir en la autorrenovación de las células madre del cáncer de ovario. Se necesitan más estudios para determinar si Wnt5a es responsable de la influencia que aparentemente tiene ROR1 en la biología de las células madre del cáncer de ovario.

7. Observaciones finales

Wnt5a puede desempeñar un papel importante en el desarrollo de células madre y órganos embrionarios. Sin embargo, el papel de Wnt5a en las células madre del cáncer es variado y complejo. Puede suprimir o promover la progresión del tumor. Para dilucidar los mecanismos moleculares que impulsan la alteración del comportamiento celular, es necesario realizar investigaciones adicionales sobre la expresión de receptores y coreceptores específicos en cada tejido. En particular, se necesita una comprensión más detallada de la compleja interacción entre Wnt5a y los receptores específicos que se expresan en las células madre embrionarias y que pueden reexpresarse o reactivarse en las células madre cancerosas, pero no en los tejidos somáticos normales (p. ej, ROR1 y ROR2), puede permitir el desarrollo de inhibidores específicos que bloqueen la señalización aberrante y, por lo tanto, tengan un impacto favorable en la supervivencia de los pacientes.

Conflictos de intereses

Los autores declaran que no hay conflictos de intereses en relación con la publicación de este trabajo.

Agradecimientos

Este estudio fue apoyado por la Fundación de Investigación del Cáncer de Mama (NIH Grant P01-CA081534), el Instituto de Medicina Regenerativa de California, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (NSFC, Grant no. 2016YFC009159), y la Fundación de Ciencia y Tecnología de Shenzhen, China (Shenzhen Peacock Innovation Team Project, Grant no. KQTD20140630100658078).