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Receptores a estrógenos α y ß en células normales y cancerígenas

José Locia Espinoza, Abraham H. Soto Cid, Jorge Manzo Denes y María Elena Hernández Aguilar

La naturaleza y función de los estrógenos son las hormonas moléculas producidas por una célula, o un grupo de ellas, que tienen efectos fisiológicos sobre otras células de un organismo. Según su estructura química, las hormonas pueden ser proteicas o polipeptídicas, como la prolactina o la insulina; derivadas de la tirosina, como la tiroxina y la triyodotironina, y esteroides, como los andrógenos y los estrógenos.

Como puede observarse en la figura 1, las hormonas esteroides se sintetizan a partir del colesterol y en algunos casos del acetil coenzima A, y son secretadas por diversos tejidos, como la corteza suprarrenal, la placenta, los testículos y los ovarios. En general, estas hormonas son responsables de la regulación de procesos como el equilibrio hidroelectrolítico (aldosterona) y la diferenciación sexual (los andrógenos y los estrógenos). En tanto que a los andrógenos se les vincula con el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios y de la fertilidad en machos, los estrógenos tienen como función principal fomentar la proliferación y el crecimiento de los tejidos en los órganos relacionados con la reproducción, así como el desarrollo de la mayor parte de los caracteres sexuales secundarios en las hembras. Entre otras funciones, los estrógenos aumentan el volumen de la vagina y modifican su epitelio y son también responsables de los cambios que ocurren en el endometrio durante el ciclo menstrual; además, estimulan el desarrollo de las mamas y el aparato productor de leche, inducen el depósito de grasa en el tejido subcutáneo y fomentan la producción ósea a través de los osteoblastos (que son las células encargadas de "fabricar" los huesos); cuando su producción decrece o cesa, como ocurre durante la posmenopausia, se inhiben ciertos factores que protegen contra la degeneración ósea, lo que explica la osteoporosis.   Figura 1   También protegen contra el daño vascular, pues favorecen indirectamente la eliminación de lipoproteínas de alta densidad (que están vinculadas con el colesterol), reduciendo con ello el riesgo de aterosclerosis, y modulan la contractibilidad cardiaca, lo que constituye otro mecanismo de protección en el sistema cardiovascular.

En el aparato reproductor femenino, los estrógenos se sintetizan en los ovarios, principalmente a partir del colesterol que hay en la sangre, pero otros tejidos participan igualmente en la producción de estrógenos, como ocurre con las glándulas mamarias, por ejemplo.

El principal estrógeno es el estradiol, que resulta directamente de la conversión de la testosterona mediante un proceso enzimático denominado aromatización, que está dirigido por la enzima aromatasa. El estriol y la estrona son otras sustancias estrogénicas generadas en pasos alternos de ese proceso, pero sus efectos son menos intensos que los del estradiol.

Algunos compuestos de origen vegetal, como la genisteína y el cumestrol, se comportan como estrógenos cuando son ingeridos con la dieta. La soya es una fuente rica en estos estrógenos vegetales (o fitoestrógenos), a los que se les atribuyen propiedades de protección contra el cáncer de colon y de próstata. Los estrógenos fluyen hacia dentro y hacia fuera de la célula gracias a su carácter lipídico. Recordemos que la membrana celular es una capa doble con una alta concentración de lípidos, lo que implica que sea muy permeable a moléculas con características afines.

Los estrógenos son de carácter lipídico (o sea, proceden del colesterol), por lo que atraviesan la membrana plasmática con relativa facilidad. Sin embargo, son retenidos con alta especificidad y afinidad en células de tejidos blancos, como el útero, el ovario y otros, por ciertas proteínas de unión que se encuentran en el núcleo celular, llamadas receptores a estrógenos.

Los receptores a estrógenos

Los receptores a estrógenos ( RE en lo sucesivo) son moléculas de naturaleza proteica, lo que significa que están formadas por aminoácidos, y pertenecen a la familia de los receptores nucleares a hormonas esteroides y hormonas tiroideas. Dentro de esta familia encontramos también a los receptores a andrógenos, a glucocorticoides y a hormonas tiroideas, entre otros. Todos los miembros de la familia muestran cierto grado de similitud en cuanto a su estructura primaria (o sea, su secuencia de aminoácidos). En general, se caracterizan por poseer un arreglo común de cinco segmentos que se denotan con las letras A-F (Figura 2) y que integran tres partes o dominios funcionalmente distintos entre sí. Los segmentos A/B forman el dominio amino terminal, que es el más disímil entre los miembros de la familia; el segmento C es el correspondiente al dominio de unión al ácido desoxirribonucleico ( ADN ) y es el que tiene el mayor grado de similitud. Este dominio posee dos estructuras características, conocidas como "dedos de zinc", encargadas de la interacción con segmentos en el ADN que promueven la transcripción de genes.   Figura 2   Los segmentos D/E/F integran la parte carboxilo terminal de la proteína y forman el dominio de unión a ligando, mediante el cual el receptor interactúa con la hormona y otras moléculas afines. Toda molécula que pueda unirse al receptor se conoce como ligando.

Los receptores a estrógenos, al igual que los demás miembros de esta familia, forman complejos con proteínas conocidas como "proteínas de choque térmico" ( HSP , por sus siglas en inglés) para mantenerse en estado inactivo. La unión con un ligando ocasiona un cambio en la estructura tridimensional del receptor que lo separa de las HSP y le permite unirse con otra proteína receptora del mismo tipo, formando así un homodímero, o con una de otro tipo de receptor, lo que da como resultado un heterodímero. Luego, el complejo interactúa en el ADN con segmentos de genes que contienen una secuencia de nucleótidos que puede ser reconocida por el dominio de unión a ligando. Esta interacción provoca a su vez la interacción con moléculas que estabilizan la unión al ADN , conocidas como coactivadores, y con otras moléculas adyuvantes, lo que lleva a la activación de la maquinaria de transcripción celular, encargada de la producción de ácido ribonucleico ( ARN ), que posteriormente se transforma en ARN mensajero ( ARN m), el cual es transportado en el citoplasma de la célula, donde su lenguaje de nucleótidos es traducido por los ribosomas al lenguaje de los aminoácidos para dar lugar a la proteína correspondiente.   Figura 3 

Las proteínas son las responsables de efectos tales como la proliferación y la diferenciación celular descritos con anterioridad. En la figura 3 se proporciona un esquema del mecanismo de acción general de las hormonas esteroides en la célula.

Gracias a que desencadenan los procesos que inician la síntesis de ARN (es decir, la transcripción), a los miembros de la familia de receptores nucleares se les cataloga como factores de transcripción.

Los ligandos, que al unirse con el receptor desencadenan esta serie de eventos, se conocen como agonistas. Existen ligandos cuya interacción con el factor de transcripción provoca una inactivación del mismo mediante diversos mecanismos, tales como la inducción de una estructura tridimensional del receptor distinta de la inducida por la molécula agonista, lo que provoca una interacción diferente con el ADN y, subsecuentemente, un proceso represivo de la transcripción. Si a estos ligandos se les conoce como antagonistas, en el caso de los receptores a estrógenos se les llama "antiestrógenos".

Los receptores a estrógenos muestran distintas afinidades por los antagonistas. Entendemos por afinidad la capacidad que tiene un ligando para unirse con un determinado receptor. Entre más afín sea la molécula, con mayor facilidad podrá establecerse la unión.

Subtipos de proteínas receptoras a estrógenos

Existen dos subtipos de receptores a estrógenos con los que pueden interactuar los ligandos adecuados en el interior de la célula. El primer subtipo fue identificado en 1986 por Green y sus colaboradores. La presencia de esta proteína explicaba las acciones de los estrógenos en muchos tejidos -como el útero-, y su expresión se encontró también en tejidos como el riñón y el sistema cardiovascular.

A principios de la década de los 90 se creó un ratón manipulado genéticamente para suprimir en él la expresión del receptor a estrógenos. Sorprendentemente, muchos de los efectos atribuidos a los estrógenos permanecían y, al contrario de lo que se pensaba, el animal mostraba un tiempo de vida muy similar al de los ratones normales, si bien en su etapa adulta tanto machos como hembras eran infértiles. Esta situación motivó la búsqueda de otras proteínas con posible actividad de receptor a estrógenos, búsqueda que rindió frutos en 1996 cuando Kuiper y su equipo clonaron, a partir de ADN de próstata y ovario de rata, una nueva proteína, inicialmente conocida por ellos como clon 29. Esta proteína mostró una gran similitud en su secuencia de aminoácidos con el RE de rata ya conocido y con los de otras especies, y además una afinidad por el estradiol y otros ligandos agonistas y antagonistas afines a aquél. A este nuevo receptor a estrógenos se le llamó REß para diferenciarlo del primero, cuya denominación cambió a REß . La presencia del REα no tardó en comprobarse en el humano y en el ratón. Su existencia pudo explicar, entre otras cosas, los efectos estrogénicos observados con anterioridad en tejidos que no eran considerados blanco de estrógenos.

Los distintos RE tienen diferentes patrones de expresión en los tejidos y tipos celulares y median acciones distintas dependiendo del contexto tisular y celular. En el humano, el REα se encuentra primordialmente en el útero, el oviducto, el hígado, el riñón y el sistema cardiovascular, así como en los huesos y otros tejidos. En la rata se le halla en la pituitaria, las células tecales, las intersticiales y las del epitelio germinal de los folículos ováricos, así como en el útero, el oviducto, en las células de Leydig y en las germinales de los testículos, pero es escaso en la próstata.

Al REß se le encuentra en una alta concentración en el timo, estómago, intestino delgado, duodeno, bazo, hueso y otros tejidos en el humano. En la rata se le encuentra sobre todo en el ovario, la próstata, el pulmón, el tracto gastrointestinal, la vejiga urinaria y los sistemas nervioso central y hematopoyético, pero escasamente en la pituitaria y en las células de Sertolli de los testículos. Los niveles de REß en el tracto gastrointestinal son mayores en el humano que en la rata, y lo contrario sucede para los niveles observados en la próstata.  

La función antagónica de los receptores a estrógenos

La entrada a la escena de la acción estrogénica del REß provocó algunos cuestionamientos sobre cuáles eran las acciones mediadas por uno y otro receptor en los diferentes tejidos. Al respecto, se ha obtenido información valiosa en modelos animales de ratones en los que se encuentra suprimida la expresión de uno u otro receptor. Gracias a ello, se ha determinado, por ejemplo, que el REα es probablemente el responsable de la acción protectora de los estrógenos en el sistema cardiovascular, y que las acciones atribuidas a los fitoestrógenos -como la protección contra algunos tipos de cáncer- están mediadas a través del REß , con el que tienen contacto en el tracto gastrointestinal. En otros casos se ha comprobado que el REß puede suplir las funciones del REß , como ocurre con los efectos estrogénicos observados en el ratón carente del REα .

Sin embargo, la faceta más interesante de la acción estrogénica a través de los receptores a estrógenos es quizá la expresión conjunta de ambas proteínas en distintos tejidos. En efecto, en la mayoría de los casos se observa una tendencia del REß a atenuar o inhibir las acciones del REα , es decir, se ha encontrado un efecto antagonista del REß sobre las acciones mediadas por el REα en diversos estudios con organismos completos o con cultivos celulares. En las células de hueso, por ejemplo, el REß inhibe el efecto de crecimiento celular mediado por el REα , con lo que limita el crecimiento longitudinal y radial de los huesos. En ratones con supresión del REß se observan focos de proliferación celular exagerada (un tipo de hiperplasia) en la próstata, mientras que en el hígado hay un aumento de la transcripción mediada por REα , aparentemente porque se carece del efecto inhibitorio mediado por el REß en ratones normales. Por otra parte, el REß parece mediar la reducción de la proliferación en el útero y en el tejido graso, los que son efectos contrarios a los que se atribuyen al REα .

El mecanismo molecular sobre el que estos efectos descansan no está del todo claro. Sin embargo, es probable que haya diferencias no en la interacción de uno u otro receptor con el ADN sino en la que ambos puedan desplegar con otras proteínas que funcionan como coactivadores, y que sean estas moléculas las responsables de mediar, en ciertos contextos genéticos, los efectos diferenciales observados.

Los receptores a estrógenos y el cáncer

La importancia de entender las acciones de los estrógenos a través de los dos subtipos de receptores resalta cuando se les vincula con los mecanismos relacionados con el cáncer.

De manera general, el cáncer es un trastorno en el que hay una proliferación anormal de células como consecuencia de un desequilibrio entre los mecanismos fisiológicos que regulan el crecimiento y la muerte celular. Este desequilibrio es resultado de mutaciones en el ADN que no pueden ser suprimidas por los mecanismos fisiológicos de reparación. Muchas son las mutaciones que se producen a lo largo de la vida de un organismo, pero relativamente pocas serán pasadas por alto por alguno de los mecanismos de supresión, y menos aún producirán células cancerosas.

Una célula cancerosa se diferencia de una normal en que no respeta los límites normales de crecimiento celular, se adhiere más laxamente con otras células, lo que le permite vagar por los tejidos y formar cúmulos de células cancerosas conocidos como tumores; además, produce proteínas anormales que causan una función celular anormal, como por ejemplo la generación de vasos sanguíneos que le permiten tomar nutrientes de la circulación.

Los estrógenos han sido vinculados con la aparición de cáncer en diversos tejidos, tales como la próstata y la glándula mamaria. En los seres humanos, por ejemplo, se encuentra una correlación entre los niveles sanguíneos y urinarios de estrógenos y la hiperplasia prostática benigna, trastorno que predispone al cáncer y que es una proliferación excesiva de células que agrandan al órgano o tejido afectado. Por otra parte, los niveles tisulares de los estrógenos en el seno pueden indicar una predisposición al cáncer en este órgano. Es también significativo que la primera terapia de carácter hormonal contra el cáncer de seno sea la disminución de los estrógenos mediante el retiro quirúrgico de los ovarios (oforectomía), reportada por primera vez en 1896 por sir George Beatson.

Una posible explicación de la carcinogénesis atribuida a los estrógenos es el efecto proliferativo que estos despliegan. En efecto, una mayor proliferación también incrementa la posibilidad de aparición de mutaciones y reduce el tiempo disponible para corregirlas, lo que se suma a la susceptibilidad al daño que despliega el ADN de hebra simple en la replicación, así como el que los estrógenos pueden metabolizarse en los tejidos en productos genotóxicos, los cuales producen mutaciones perpetuadas por la excesiva proliferación.

Los receptores a estrógenos pueden tener un papel preponderante en la acción estrogénica en distintos tumores. En general, los estudios del cáncer en humanos muestran una reducción de los niveles de REα , a la par que un aumento en los REß . En tanto que estos últimos participan en la iniciación y progresión de cáncer de seno, hay una reducción en la expresión de los primeros en los tumores de próstata y un aumento en la de REα . Es, pues, creencia general que los REß pueden tener también una acción antiproliferativa en los tumores.

Por lo común, hay relación en uno u otro sentido, o por lo menos en principio, entre el cáncer de próstata y seno y los receptores a estrógenos. No obstante -y por desgracia-, los mecanismos que conducen al cáncer distan mucho de ser tan simples, e involucran no sólo a los estrógenos o a cualquier otra hormona, de modo que la parte que toca a las proteínas receptoras no es la única explicación. Esto queda evidenciado cuando nos centramos en las etapas más avanzadas de la enfermedad, en las que los niveles hormonales no se correlacionan con ellas, o en ciertos cánceres en los que no se encuentran receptores. Eventualmente, los cánceres que inicialmente se relacionan con las concentraciones hormonales evolucionan hacia ciertas facetas que son independientes de ellas.

Aun así, el tratamiento inicial contra el cáncer incluye el uso de moléculas que actúan a través de los receptores a estrógenos. Una de las moléculas más utilizadas es el tamoxifen. Este fármaco actúa como un ligando de los RE . El tamoxifen se considera un modulador selectivo de la acción de dichos receptores y puede desplegar una actividad mixta agonista o antagonista según el contexto celular. En general, el tamoxifen actúa antagonizando los efectos proliferativos de los estrógenos en los cánceres de seno, lo que implica que sólo sea útil en las etapas iniciales de la enfermedad, cuando existe correlación entre la progresión de ésta y los niveles hormonales sanguíneos, y por supuesto en cánceres con tejidos que expresen receptores a estrógenos. El tamoxifen se conduce en algunos contextos celulares como un agonista parcial sobre algunos efectos estrogénicos mediados por REα , al tiempo que despliega una actividad antagonista sobre el REß . Esta diferencia se ha explicado sobre la base de la interacción con el DNA y las moléculas coactivadoras que ambos receptores exhiben en su parte amino terminal. Las progestinas, como el acetato de megestrol, tienen también un uso muy amplio en esta patología y parecen actuar a través de los receptores a estrógenos.

La existencia de dos subtipos de receptores sobre los que pueden actuar los estrógenos, así como el antagonismo que el subtipo REα parece ejercer sobre el REß inhibiendo sus efectos proliferativos, plantea la posibilidad del uso terapéutico de moléculas selectivas agonistas del REß para antagonizar las acciones estrogénicas que propicien o mantengan el cáncer y favorecer las que tengan efectos protectores.

Gran parte de la investigación que se realiza al momento se enfoca en la dinámica de los receptores en respuesta a diversas concentraciones hormonales, es decir, en cómo varía su cantidad cuando hay variaciones en las concentraciones de hormonas -en este caso de estrógenos-, y cómo esto puede relacionarse con el comienzo, la progresión y el tratamiento del cáncer en los distintos tejidos.