¿El cáncer tiene un origen evolutivo?

Quizá alguna vez te has preguntado porque la gente puede desarrollar cáncer, sus factores causales y las formas de evitarlo o erradicarlo.  A pesar de estas cuestiones de índole médica y antropocéntrica, un abordaje poco común es tratar de estudiar el cáncer desde una perspectiva evolutiva, es decir indagar sobre que organismos, de la amplia diversidad biológica que existe (Fig.1), pueden desarrollarlo y en qué momento de la historia evolutiva se originó. Algunos argumentan que el entendimiento de este enfoque puede ayudar a entender esta grave enfermedad.

En este texto se dará una breve descripción del  cáncer, se presentarán posibles explicaciones de su origen, que animales diferentes al ser humano pueden desarrollarlo y finalmente que pasa con esta enfermedad en las plantas y otros seres vivos.

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Fig.1. Árbol de la vida. Tomado de: http://bit.ly/1hM19QZ

 

¿QUÉ ES EL CÁNCER?

El cáncer es el nombre dado a un conjunto de enfermedades relacionadas que se caracterizan por la división descontrolada de algunas células del cuerpo formando tumores malignos que pueden extenderse a otras partes del cuerpo (metástasis).  En condiciones normales cuando las células envejecen o se dañan mueren y nuevas células toman su lugar, sin embargo durante el cáncer estas células dañadas se dividen sin control (Fig.2) [1]

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Fig.2. Diferencia entre la división celular normal y la división celular sin control del cáncer.

Las razones  para desarrollar cáncer son muy variadas y se encuentran: los cambios genéticos heredados, daño al DNA por la exposición a ciertas sustancias o factores ambientales.

RELACIÓN ENTRE EL CÁNCER Y EL ORIGEN DE LA MULTICELULARIDAD

Investigadores de la Universidad de Kansas han enfocado sus estudios en descubrir como organismos unicelulares (de una célula) evolucionaron a la multicelularidad (organismos constituido por 2 o más células).  Parece ser que este gran paso en la evolución involucra a un gen crítico, que en seres humanos está relacionado con la formación de cáncer, denominado gen del retinoblastoma o RB [2][3].  En humanos RB codifica para una proteína que funciona como un supresor de tumores al regular la proliferación celular de forma adecuada.  Muchos tipos de cáncer ocurren cuando este gen está defectuoso [4].

En este estudio emplearon tres especies de algas para entender la evolución de la multicelularidad (Fig.3):

Chlamydomonas reinhardti: unicelular.

Gonium pectorale: alga multicelular que forma colonias de 8-16 células iguales (colonias indiferenciadas) que al momento de dividirse permanecen juntas.

Volvox: alga multicelular que contiene aprox. 2000 células somáticas en su superficie y  16 células reproductivas en su interior (colonia diferenciada).

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Fig.3. Modelo evolutivo propuesto de la multicelularidad.

Al comparar los componentes que regulan el ciclo celular de estas algas encontraron una diferencia notable en la modificación del gen RB en Gonium y Volvox, que podría explicar su cambio a un estado multicelular. Para probar esto, los investigadores tomaron el gen RB de Gonium  y lo introdujeron en Chlamydomonas lo que provocó que esta última se convirtiera en multicelular[2].

Lo descrito arriba, es un claro ejemplo de preadaptación es decir cómo un atributo inicial puede modificarse y dar una función diferente.  En el caso del gen RB su función inicial, para organismos unicelulares, es regular cómo la célula se divide, posteriormente se modifica y participa en el desarrollo de la multicelularidad y en células eucariotas participa en una vía para regular la proliferación celular y por ende la supresión de tumores (Fig.4).

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Fig.4. Proceso de preadaptación del gen RB.

EL CÁNCER COMO UN VESTIGIO DEL PASADO

Una teoría propuesta por el físico Paul Davies de la Universidad de Arizona, que denomina modelo atavístico del cáncer [5] [6], propone que el cáncer es la reexpresión de un atributo antiguo preprogramado que permanece latente o dormido. Es decir que el cáncer es una forma de estar en modo seguro tratando de preservarse ante una amenaza externa.

Argumenta que si el cáncer aparece en diferentes organismos, éste debió haber evolucionado hace millones de años cuando compartían un ancestro unicelular. En ese tiempo las células se beneficiaban de la inmortalidad o de proliferar masivamente como lo hace el cáncer (Fig.5). Actualmente cuando nos sometemos a condiciones dañinas (como la radiación solar) nos reprogramamos a un modo seguro y las células abandonan sus funciones normales y comienzan a proliferar en un intento por sobrevivir.

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Fig. 5. El modelo atavístico del origen del cáncer sugiere que el cáncer surgió hace millones de años cuando los organismos unicelulares se beneficiaban de la inmortalidad o de proliferar masivamente.

Si su teoría es correcta, el cáncer evolucionó cuando la Tierra era más ácida y contenía menos oxígeno, de esta forma propone que para el tratamiento de cáncer se empleen altos niveles de oxígeno en los pacientes y reducir el azúcar en la dieta para bajar la acidez, con el fin de eliminar las condiciones propicias para el desarrollo de las células cancerígenas. Las terapias empleando un suministro extra de oxígeno (hasta un 60%) parecen si ayudar a erradicar el cáncer [7], aunque varios mencionan que esto no debe tomarse como una prueba del modelo Atavístico [6].

Según Davies conforme el cáncer avanza a las etapas más malignas, se expresaran genes que son más conservados entre los organismos multicelulares y por tanto más antiguos. ¿Y porque no se ha eliminado el cáncer? Porque los genes que son activos durante el cáncer son requeridos durante el desarrollo embrionario que posteriormente se apagan y se vuelven a encender durante el cáncer [5].

¿Los animales tienen cáncer?

Aunque muchos asocian el cáncer con una enfermedad humana, los animales silvestres mueren de cáncer a una tasa similar que los humanos y amenaza a algunos con la extinción [8].

En 2009  por primera vez se hace una recopilación del impacto que tiene el cáncer en animales silvestres alrededor del mundo, además la información obtenida en animales en cautiverio revela que muchos sufren cáncer de forma espontánea [8]. A pesar de esto la lista es corta por lo que falta integrar factores que permitan entender esta enfermedad. En la siguiente tabla se enlistan algunos de los animales que pueden sufrir cáncer, tanto de forma natural causado por virus o debido a la contaminación provocada por el hombre.

Tabla 1. Organismos silvestres que desarrollan cáncer [8].

Organismo Tipo y características  del cáncer

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Demonio de Tasmania

 

 

Tumor facial muy contagioso que ha llevado a la población al borde de la extinción.

 

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Gallina de la pradera de Attwort

 

Provocado por con el virus de la reticuloendoteliosis que provoca retraso crecimiento, inmunodepresión y formación de tumores. Este virus pone en riesgo la supervivencia de la especie

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Tejón marsupial rayado

 

Síndrome de carcinomatosis y papilomatosis caracterizada por lesiones cutáneas y de mucosas. Este síndrome pone en riesgo la supervivencia de la especie

 

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León marino

 

Provoca tumores en los genitales que interfiere con su reproducción. Los delfines padecen algo similar.

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Beluga del río San Lorenzo

 

La beluga del río San Lorenzo puede llegar a padecer cáncer intestinal debido a la contaminación por hidrocarburos aromáticos cíclicos en el río dónde habita.

 

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Tortuga verde

 

Provocado por el  virus de la fibropapilomatosis, que causa tumores en la piel y órganos internos

 

A pesar de lo anterior, se han descrito animales que son incapaces de desarrollar cáncer o lo hacen a una tasa muy baja como:

-Elefantes.

En un estudio dónde se analizó la posibilidad de desarrollar cáncer entre 36 mamíferos, los elefantes obtuvieron una menor tasa para desarrollar esta enfermedad. Únicamente 1 de cada 20 elefantes (de África y Asia) lo desarrollan comparados con 1 de cada 5 personas [9]. La razón que atribuyen los investigadores es que nosotros los humanos sólo tenemos una copia de un gen que ayuda a prevenir la formación de tumores llamado TP53, al contrario de las 20 copias en los elefantes (Fig.6) [10].

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Fig.6. Los elefantes se caracterizan por tener una tasa reducida de desarrollo de cáncer. Las ratas topo, por su parte, no lo desarrollan, posiblemente a la presencia del hialuronano en la matriz extracelular.

 

-Rata topo

Estos animales nunca desarrollan cáncer incluso cuando los investigadores tratan de inducirlo artificialmente. Parece ser que el mecanismo que emplean involucra un polímero llamado hialuronano,  que sirve para darle elasticidad a las células necesaria para vivir bajo los túneles. Este polímero es muy común en la piel y llena el espacio entre las células (es parte de la matriz extracelular) dándoles protección. Los humanos también tenemos hialuronano, pero la de nosotros es de un tamaño cinco veces menos que el de estos animales. Si se elimina este polímero de las ratas topas entonces si desarrollan cáncer. Se ha sugerido que el hialuronano funciona físicamente para atrapar a las posibles células cancerosas, impidiendo el crecimiento de tumores [11].

¿Las plantas tienen cáncer?

Las plantas también desarrollan tumores, sin embargo son menos frecuentes y no son letales, además la mayoría son causados por patógenos como bacterias y hongos (Fig.7). Un aspecto importante es que estos tumores no sufren metástasis debido a que por la naturaleza de las células vegetales, éstas se encuentran fijas en la pared de la matriz celular y no pueden desplazarse e invadir tejidos [12].

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Fig.7. Un tipo de tumor en la planta Euonymus, llamado agalla de coronas provocada por la infección de la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Tomado de: http://bit.ly/20cWv6y

A pesar de esto, existe similitud entre la tumorogénesis entre plantas y animales ya que ambos poseen la vía del retinoblastoma para controlar el ciclo de división celular. En plantas esta vía controla la transición de células madre a células diferenciadas. Por tanto la tumorogénesis involucra la desregulación de funciones que son requeridas para  el mantenimiento de células madre en la planta.

La razón por la que estos tumores son infrecuentes se debe, quizá, a que los mecanismos de supresión de tumores son mucho más efectivos en plantas que en animales, debido a la elevada redundancia en la regulación del ciclo celular [12].

¿Qué pasa con otros seres vivos?

Por la definición actual que existe del cáncer, esta enfermedad puede restringirse a organismos pluricelulares, descartando una gran variedad de seres vivos como las bacterias. ¿Y qué sucede con organismos invertebrados como los insectos? Parece ser que si pueden tener proliferaciones anormales en su cuerpo y aunque carecen de un sistema circulatorio similar al de los seres humanos para hacer metástasis, el tumor puede invadir nuevas partes del cuerpo únicamente atravesando el tejido epitelial (Fig.8) [13].

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Fig. 8. Drosophila melanogaster o mosquita de la fruta se emplea como un modelo para estudiar el mecanismo de metastasis debido a la habilidad de manipular el tejido in vivo. Tomado de http://www.yourgenome.org

 

Hablar del origen del cáncer desde una perspectiva evolutiva es una tarea complicada no sólo por la escasa información al respecto, sino porqué además la mayoría de la literatura se enfoca en seres humanos y animales modelo en laboratorio, sesgando información en otro tipo de seres vivos. Otra perspectiva es que muchos animales silvestres pueden sencillamente no desarrollar cáncer porque no viven lo suficiente para presentarlo debido a que comúnmente el cáncer se asocia con la edad, los animales están sometidos a condiciones adversas que limitan su supervivencia, cosa que en el ser humano no sucede. Por ejemplo, los ratones en un laboratorio pueden vivir de 2-4 años y tienden a desarrollar cáncer a los 2 o 3 años, sin embargo es raro encontrar en condiciones naturales a ratones de más de un año [14].

En los humanos existen más de 100 tipos de cánceres originados en diferentes tejidos, complicando aún más el encontrar un desarrollo y origen común, sin embargo pueden presentar características generales como señales de proliferación, inmortalidad replicativa, resistencia a la muerte celular, invasión y metástasis [15] que podrían ayudar a entender el cáncer desde esta perspectiva. El observar, analizar y mimetizar lo que sucede en la naturaleza muchas veces ayuda a resolver problemas de índole humano, es factible que eventualmente el cáncer pueda unirse a esta lista.

 

Fuentes de consulta

[1]  National Cancer Institute. What is Cancer? Fecha de consulta 7 de mayo de2016. Disponible en: http://www.cancer.gov/about-cancer/what-is-cancer

[2]  Hanschen E. et al. (2016) The Gonium pectorale genome demonstrates co-option of cell cycle regulation during the evolution of multicellularityNature Communications. 7: 11370

[3]  Kansas State University. Pond scum and the gene pool: One critical gene in green algae responsible for multicellular evolution, understanding of cancer origin.  ScienceDaily, Fecha de consulta 5 May 2016. Disponible en: <www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160505105021.htm>.

[4]  https://ghr.nlm.nih.gov/gene/RB1.

[5] Paul Davies. Exposing cancer’s deep evolutionary rootsPhysics World, July 1, 201

[6] Merali Z. (2014) Did Cancer evolve to protec us? Scientific America. Disponible en: http://www.scientificamerican.com/article/did-cancer-evolve-to-protect-us/

[7] Hatfield S. (2015) Immunological mechanisms of the antitumor effects of supplemental oxygenation. Science Translational Medicine. 7 (277):1-12 http://stm.sciencemag.org/content/7/277/277ra30.full

[8] Denise McAloose & Alisa L. Newton. 2009. Wildlife cancer: a conservation perspective. Nature Reviews Cancer 9, 517-526

[9] Abegglen (2015) Potential Mechanisms for Cancer Resistance in Elephants and Comparative Cellular Response to DNA Damage in Humans. The Journal of the American Medical Association. 314(17): 1850-1860.

[10] https://ghr.nlm.nih.gov/gene/TP53

[11] Tian X (2013) High-molecular-mass hyaluronan mediates the cancer resistance of the naked mole rat. Nature 499,346–349

[12] Doonan J. and R.  Sablowski. (2010) Walls around tumours — why plants do not develop cancer. Publisher’s Version. Journal: Nature Reviews Cancer. 10: 794-802.

[13] Beaucher M., et al., (2007) Drosophila brain tumor metastases express both neuronal and glial cell type markers. Dev. Biol. 301(1):287-97

[14] Casás-Selves and DeGregori (2011) How cancer shapes evolution, and how evolution shapes cáncerEvolution (N Y). 4(4): 624–634.

[15] Hanagan D. and Weinberg R (2011) Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 144:646-674.

 

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