Las variantes de este gen pueden causar cáncer de colon hereditario no asociado a poliposis (síndrome de Lynch). Es un homólogo humano del gen de reparación de errores de emparejamiento de ADN de E. coli , mutL, que media las interacciones proteína-proteína durante el reconocimiento de errores de emparejamiento, la discriminación de hebras y la eliminación de hebras. Los defectos en MLH1 están asociados con la inestabilidad de microsatélites observada en el cáncer de colon hereditario no asociado a poliposis. Se han descrito variantes de transcripción empalmadas alternativamente que codifican diferentes isoformas, pero no se ha determinado su naturaleza completa. [4]
Papel en la reparación de errores de apareamiento del ADN
La proteína MLH1 es un componente de un sistema de siete proteínas de reparación de desajustes de ADN que trabajan coordinadamente en pasos secuenciales para iniciar la reparación de desajustes de ADN en humanos. [5] Los defectos en la reparación de desajustes, encontrados en aproximadamente el 13% de los cánceres colorrectales, se deben con mucha más frecuencia a la deficiencia de MLH1 que a las deficiencias de otras proteínas de reparación de desajustes de ADN. [6] Las siete proteínas de reparación de desajustes de ADN en humanos son MLH1, MLH3 , MSH2 , MSH3 , MSH6 , PMS1 y PMS2 . [5] Además, existen subvías de reparación de desajustes de ADN dependientes e independientes de Exo1. [ 7]
Los desajustes de ADN se producen cuando una base se empareja incorrectamente con otra base, o cuando hay una pequeña adición o eliminación en una cadena de ADN que no coincide con la otra cadena. Los desajustes ocurren comúnmente como resultado de errores de replicación de ADN o durante la recombinación genética. Reconocer esos desajustes y repararlos es importante para las células porque no hacerlo da como resultado inestabilidad de microsatélites] y una tasa elevada de mutación espontánea (fenotipo mutador). Entre los 20 cánceres evaluados, el cáncer de colon con inestabilidad de microsatélites (deficiente en la reparación de desajustes) tuvo la segunda frecuencia más alta de mutaciones (después del melanoma).
Un heterodímero entre MSH2 y MSH6 es el primero en reconocer el desajuste, aunque un heterodímero entre MSH2 y MSH3 también puede iniciar el proceso. La formación del heterodímero MSH2-MSH6 da cabida a un segundo heterodímero de MLH1 y PMS2, aunque un heterodímero entre MLH1 y PMS3 o MLH3 puede sustituir a PMS2. Este complejo proteico formado entre los dos conjuntos de heterodímeros permite iniciar la reparación del defecto de desajuste. [5]
Estómago en el valle de Cachemira, donde hay una alta incidencia
73% [13]
20%
Esofágico
73% [14]
27%
Carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC)
31–33% [15] [16]
20–25%
Cáncer de pulmón de células no pequeñas (CPCNP)
69% [17]
72%
Colorrectal
10% [6]
Represión epigenética
Solo una minoría de los cánceres esporádicos con deficiencia en la reparación del ADN tienen una mutación en un gen de reparación del ADN. Sin embargo, la mayoría de los cánceres esporádicos con deficiencia en la reparación del ADN tienen una o más alteraciones epigenéticas que reducen o silencian la expresión del gen de reparación del ADN. [18] En la tabla anterior, la mayoría de las deficiencias de MLH1 se debieron a la metilación de la región promotora del gen MLH1 . Otro mecanismo epigenético que reduce la expresión de MLH1 es la sobreexpresión de miR-155 . [19] El miR-155 se dirige a MLH1 y MSH2 y se encontró una correlación inversa entre la expresión de miR-155 y la expresión de las proteínas MLH1 o MSH2 en el cáncer colorrectal humano. [19]
Deficiencia en defectos de campo
Un defecto de campo es un área o "campo" de epitelio que ha sido preacondicionado por cambios epigenéticos y/o mutaciones de modo que lo predispone al desarrollo de cáncer. Como señala Rubin, "La gran mayoría de los estudios en investigación del cáncer se han realizado en tumores bien definidos in vivo, o en focos neoplásicos discretos in vitro. [20] Sin embargo, hay evidencia de que más del 80% de las mutaciones somáticas encontradas en tumores colorrectales humanos de fenotipo mutador ocurren antes del inicio de la expansión clonal terminal". [21] De manera similar, Vogelstein et al. [22] señalan que más de la mitad de las mutaciones somáticas identificadas en tumores ocurrieron en una fase preneoplásica (en un defecto de campo), durante el crecimiento de células aparentemente normales.
En la tabla anterior, se observaron deficiencias de MLH1 en los defectos de campo (tejidos histológicamente normales) que rodean la mayoría de los cánceres. Si MLH1 se reduce o silencia epigenéticamente, no es probable que confiera una ventaja selectiva a una célula madre. Sin embargo, la expresión reducida o ausente de MLH1 causaría mayores tasas de mutación, y uno o más de los genes mutados pueden proporcionar a la célula una ventaja selectiva. El gen MLH1 deficiente en expresión podría entonces ser transportado como un gen pasajero selectivamente neutral o solo ligeramente perjudicial (polizón) cuando la célula madre mutada genere un clon expandido. La presencia continua de un clon con un MLH1 reprimido epigenéticamente continuaría generando más mutaciones, algunas de las cuales podrían producir un tumor.
Represión en coordinación con otros genes de reparación del ADN
En un cáncer, a menudo se encuentra que múltiples genes de reparación del ADN se reprimen simultáneamente. [18] En un ejemplo, que involucra MLH1 , Jiang et al. [23] realizaron un estudio en el que evaluaron la expresión de ARNm de 27 genes de reparación del ADN en 40 astrocitomas en comparación con tejidos cerebrales normales de individuos sin astrocitomas. Entre los 27 genes de reparación del ADN evaluados, 13 genes de reparación del ADN, MLH1 , MLH3 , MGMT , NTHL1 , OGG1 , SMUG1 , ERCC1 , ERCC2 , ERCC3 , ERCC4 , RAD50 , XRCC4 y XRCC5 fueron significativamente regulados a la baja en los tres grados (II, III y IV) de astrocitomas. La represión de estos 13 genes en astrocitomas de grado inferior y de grado superior sugirió que pueden ser importantes tanto en etapas tempranas como posteriores del astrocitoma. En otro ejemplo, Kitajima et al. [24] encontraron que la inmunorreactividad para la expresión de MLH1 y MGMT estaba estrechamente correlacionada en 135 muestras de cáncer gástrico y la pérdida de MLH1 y MGMT parecía acelerarse sincrónicamente durante la progresión del tumor.
La expresión deficiente de múltiples genes de reparación del ADN se encuentra a menudo en los cánceres, [18] y puede contribuir a las miles de mutaciones que suelen encontrarse en los cánceres (ver Frecuencias de mutación en cánceres ).
Mitosis
Además de su papel en la reparación de desajustes de ADN, la proteína MLH1 también está involucrada en el entrecruzamiento meiótico . [25] MLH1 forma un heterodímero con MLH3 que parece ser necesario para que los ovocitos progresen a través de la metafase II de la meiosis . [26] Los ratones mutantes MLH1 (-/-) hembras y machos son infértiles, y la esterilidad está asociada con un nivel reducido de quiasmas . [25] [27] Durante la espermatogénesis en ratones mutantes MLH1 (-/-) los cromosomas a menudo se separan prematuramente y hay un arresto frecuente en la primera división de la meiosis. [25] En humanos, una variante común del gen MLH1 está asociada con un mayor riesgo de daño en los espermatozoides e infertilidad masculina. [28]
La proteína MLH1 parece localizarse en los sitios de entrecruzamiento en los cromosomas meióticos. [25] La recombinación durante la meiosis a menudo se inicia mediante una rotura de doble cadena de ADN (DSB), como se ilustra en el diagrama adjunto. Durante la recombinación, las secciones de ADN en los extremos 5' de la rotura se cortan en un proceso llamado resección . En el paso de invasión de la cadena que sigue, un extremo 3' sobresaliente de la molécula de ADN rota "invade" el ADN de un cromosoma homólogo que no está roto formando un bucle de desplazamiento ( bucle D ). Después de la invasión de la cadena, la secuencia posterior de eventos puede seguir cualquiera de las dos vías principales que conducen a un recombinante de entrecruzamiento (CO) o no entrecruzamiento (NCO) (ver Recombinación genética ). La vía que conduce a un CO implica un intermedio de doble unión de Holliday (DHJ). Las uniones de Holliday deben resolverse para que se complete la recombinación de CO.
En la levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae , al igual que en el ratón, MLH1 forma un heterodímero con MLH3. La CO meiótica requiere la resolución de las uniones de Holliday a través de acciones del heterodímero MLH1-MLH3 . El heterodímero MLH1-MLH3 es una endonucleasa que realiza roturas de cadena simple en el ADN bicatenario superenrollado . [29] [30] MLH1-MLH3 se une específicamente a las uniones de Holliday y puede actuar como parte de un complejo más grande para procesar las uniones de Holliday durante la meiosis . [29] El heterodímero MLH1-MLH3 (MutL gamma) junto con EXO1 y Sgs1 (ortólogo de la helicasa del síndrome de Bloom ) definen una vía de resolución de moléculas conjuntas que produce la mayoría de los entrecruzamientos en la levadura en ciernes y, por inferencia, en los mamíferos. [31]
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