Regulación de la proliferación en la mama por la progesterona

La progesterona (P), una hormona producida en el ovario, juega un rol importante en la reproducción femenina normal. Los efectos de la P son mediados por la unión al receptor  PR para regular genes que responden a la hormona. El PR inactivo es ensamblado  en  un complejo con proteínas chaperonas, el cual se disocia cuando se une el ligando y se activa el receptor. La unión de la P al PR induce un cambio conformacional que provoca la disociación de las chaperonas, la dimerización del receptor, la unión del dímero a los elementos de respuesta específicos en las regiones aumentadoras y promotoras de los genes blanco así como también  el reclutamiento de coactivadores específicos y factores de transcripción, lo cual resulta en la modulación de la transcripción de esos genes. El PR es miembro de una gran familia de factores de transcripción nuclear activados por ligando y se expresa en dos isoformas, PRA y PRB, con masas moleculares de aproximadamente 81 y 115 kDa, respectivamente.  Estas isoformas son transcritas a partir de distintos promotores en un gen localizado en el cromosoma 11q22-q23 y son idénticas en secuencia excepto que la forma más corta, PRA,  carece de 164 aminoácidos en el extremo N terminal. La estructura del PR incluye un dominio central de unión al ADN y numerosos elementos de activación de función (AF) e inhibidores de función, lo cual aumenta y reprime la actividad transcripcional del PR por asociación  de estas regiones con correguladores transcripcionales. Ambos PR tienen  las regiones AF1 y AF2, pero el PRB también tiene  una región AF3.

La actividad del PR y su degradación son reguladas por modificaciones posttranslacionales, predominantemente en la región N-terminal de cada isoforma. Por ejemplo, el PR es regulado hacia abajo  por el proteasoma 26S por fosforilación en la Ser 294 por proteínas quinasas activadas por mitogenos  (MAPK), este cambio  es crítico para la actividad del PR. El residuo Ser400 es fosforilado   en respuesta a un incremento en la actividad de la proteína quinasa dependiente de ciclina  2. La fosforilación de Ser400 ocurre en presencia y ausencia de ligando y hay evidencia  que también puede ocurrir en respuesta a factores de crecimiento. Algunas modificaciones  pueden ocurrir  de manera isoforma-específica; por ejemplo, la quinasa asociada al cáncer ck2 fosforila al PRB en  la Ser81, localizada en la región AF3. La actividad del PR puede ser regulada, además de fosforilación, por otras formas de modificaciones, incluyendo acetilación y sumoilación, las cuales son críticas en la regulación de la localización, estabilidad y actividad transcripcional del PR.  

Las proteínas PR son expresadas en el núcleo  de las células de una variedad de tejidos humanos, incluyendo  glándula mamaria, útero, ovarios y tejidos no reproductivos como cerebro, sistema cardiovascular y  hueso. La distribución tejido-específica de los PR varía grandemente, desde la expresión positiva en virtualmente todas las células  en el útero hasta la expresión en un pequeño subgrupo de células epiteliales en la mama. Potencialmente pueden existir tres especies moleculares (homodímeros PRA, homodímeros PRB y heterodímeros PRA-PRB)  en un mismo tejido, lo cual contribuye  a la complejidad de la acción PR. Los homodímeros y heterodímeros de PR tienen la capacidad para regular diferentes conjuntos de genes y la relación  de isoformas PR juega un rol importante en el programa transcripcional regulado por PR en los tejidos blanco.  En la mama humana, la mayoría de células PR+ coexpresan PRA y PRB en niveles equivalentes, lo que sugiere que ambas proteínas son requeridas para mediar fisiológicamente la señal P. Sin embargo, los datos derivados  de modelos animales sugieren que  las dos isoformas PR son funcionalmente distintas y que el PRB actúa principalmente como un activador transcripcional, mientras el PRA puede actuar como un inhibidor transdominante  de PRB en situaciones donde el PRA tiene poca o ninguna actividad transactivacional. Las proteínas codificadas por los genes blanco de los PR actúan mediando diversas actividades celulares, incluyendo proliferación celular, transcripción, metabolismo de lípidos  y transducción de señal asociada a la membrana, lo cual es indicativo del amplio rango  de efectos potencialmente mediados por la P.  Este amplio rango de funciones de la P es ilustrado en modelos de ratones PR knockout (PRKO), los cuales presentan anormalidades reproductivas como incapacidad para ovular, hiperplasia  e inflamación uterina y desarrollo lóbulo alveolar severamente limitado en la glándula mamaria.

La expresión y distribución  de PR en la mama es modulada por la edad y la historia reproductiva. Aunque los datos disponibles son limitados, se sabe que durante el desarrollo puberal de la mama humana, la expresión nuclear  de PR  es detectada en la mayoría  de células epiteliales luminales. Por el contrario, en la mama adulta, la detección de PR es en 20%  de las células luminales  en mujeres pre-menopáusicas normales. Hay evidencia de que el embarazo aumenta los niveles de PR en la mama, un mecanismo que posiblemente contribuye  al efecto protector del embarazo   sobre el riesgo de cáncer de mama. Las alteraciones  en el medio hormonal, como consecuencia  de la exposición  a hormonas exógenas  o terapia endocrina, también juega un rol  en la modulación de la expresión de PR en la mama. La expresión de PR en la mama postmenopáusica  también puede ser regulada  por terapia hormonal.

El epitelio  de la mama es una capa de células luminales  con actividad secretora, rodeada por una capa de células basales que consiste mayoritariamente  en células mioepiteliales con propiedades contráctiles, así como células progenitoras. Estos múltiples tipos de células  provienen de  “stem cells” multipotentes, las cuales se autorenuevan,  originan   progenitores  bipotentes y permiten los linajes de células luminales y basales/mioepiteliales. El PR también ha sido detectado en células progenitoras,  células basales que expresan  actina de músculo liso, células localizadas basalmente enriquecidas por células progenitoras y en un raro subgrupo de células  que  expresan CD10.  La regulación de la expresión  de las isoformas PR individuales  en el epitelio de la mama humana  es bastante diferente  a lo que ocurre en otros tejidos.  Por ejemplo, en el endometrio humano durante la fase luteal del ciclo menstrual, cuando los niveles circulantes de P son altos, disminuye la expresión de PRA preferencialmente, lo cual resulta en un predominio de PRB en las células endometriales.  Sin embargo, en el epitelio mamario normal, PRA y PRB comúnmente se expresan en niveles similares y el desbalance entre ambas isoformas ocurre tempranamente en el desarrollo del cáncer  de mama y lesiones premalignas.  Esta alteración en la relación de isoformas aumenta progresivamente en lesiones tempranas como hiperplasia, o través de carcinoma ductal in situ y cánceres invasivos. Más aún, en los cánceres de mama hay una marcada heterogeneidad  de la expresión PRA:PRB entre las células vecinas. Las alteraciones en la expresión PRA:PRB también han sido vinculadas con repuestas a los tratamientos, la predominancia de PRA, por ejemplo,  ha sido asociada con  resistencia al tamoxifeno. Estos datos indican que la correcta expresión de las dos isoformas PR es crítica para la apropiada respuesta  a la señal P y que la alteración de esta relación  puede tener implicaciones para la carcinogénesis mamaria.

Un reporte reciente demuestra que el PR puede asociarse físicamente  con el receptor de estrógenos (ER) en células de cáncer de mama para modular la actividad ER. En ese mismo estudio se  demuestra que la activación de PR por progestinas en líneas de células de cáncer  de mama resulta en alteraciones  de las interacciones  genómicas disparadas por los estrógenos, lo que sugiere que el PR antagoniza al cistroma ER. Más allá de estos datos en modelos de cáncer, actualmente la P es reconocida como una hormona que estimula la proliferación  del epitelio de la glándula mamaria normal de humanos y roedores. Los estudios en ratones  han demostrado   que la P es requerida para promover la onda  de proliferación que ocurre  durante las etapas tempranas del embarazo. La P estimula la proliferación  de  varios tipos de células  mamarias, el tratamiento con P incrementa la proliferación de células luminales de las glándulas mamarias  de ratones hembras ovarectomizadas y la expansión de las estructuras lóbulo alveolares por la P requiere del incremento en el número y la remodelación  del compartimento basal. Los datos derivados de estudios en ratone s también demuestran que la P  estimula el compartimento de las stem cell mamarias (MaSC), específicamente durante el embarazo.

La acción proliferativa de la P en la glándula mamaria de ratón ocurre predominantemente de manera indirecta, la ramificación ductal  es iniciada por células PR+ pero ocurre en células adyacentes PR- a través de la estimulación  de mediadores paracrinos que regulan directamente la proliferación.  Esto también ha sido demostrado tejido mamario humano en el cual  las células epiteliales  luminales que proliferan  después de la estimulación con P son predominantemente PR- localizadas adyacentes a células PR+. La evidencia acumulada sugiere que la proliferación y la remodelación  tisular  disparadas por la P  durante el desarrollo lóbulo alveolar ocurren  a través  de una coordinada red  de eventos paracrinos. La P  activa  rutas de señalización paracrinas involucradas en la proliferación y el desarrollo  del epitelio mamario, entre esas rutas están: RANKL (receptor activador of nuclear factor-κB ligand),  Wnt-4,  Notch, hormona de crecimiento/citoquinas, amfiregulina (Areg) y calcitonina.  

La proliferación y estimulación mediada por P del compartimento MaSC  ocurre  a través de mecanismos que involucran al RANKL en la glándula mamaria de ratón. La señal RANKL inducida por la P,  a través de su receptor RANK, juega un rol crítico en la alveologénesis mamaria. El RANKL producido en  las células luminales maduras bajo estimulación de la P, se une a su receptor RANK en las células basales para actuar como efector paracrino de la P en el compartimento MaSC durante el embarazo. Sin embargo, datos recientes sugieren que el RANKL no es esencial en el control de MaSC. Entonces, el rol  que juega el RANKL en la regeneración  de la glándula mamaria  de ratón puede depender del contexto fisiológico. La evidencia acumulada  sugiere que la P puede regular la proliferación y tumorogénesis  a través de mecanismos similares  en otras especies. En la glándula mamaria humana  normal, los niveles de RANKL fluctúan con los niveles de P durante el ciclo menstrual.

El Wnt-4 fue uno de los primeros mediadores paracrinos de la acción de la P identificados en la glándula mamaria de ratón.  PR y Wnt-4 son co-expresados en el compartimento de células luminales, el Wnt-4 es inducido por la P específicamente en células luminales PR+  y durante el embarazo su expresión requiere de PR. El rol del Wnt-4 es crítico en la ramificación ductal en el embarazo temprano.  En estudios en ratones se ha demostrado que la presencia de una isoforma de PR  puede compensar la ausencia de la otra en términos de la regulación  de Wnt-4. Contrario a lo que ocurre con el RANKL, que no es esencial para la  regulación de MaSC, el Wnt-4 juega un rol central en la activación de MaSC  a través del desarrollo postnatal de la glándula mamaria. El Wnt-4 es secretado por las células luminales y activa la señal Wnt canónica en las células basales adyacentes, la cual a su vez actúa sobre las MaSC. Aunque el Wnt-4 ha demostrado ser un mediador paracrino  de la P en el ratón, su rol en la glándula mamaria humana  no está muy definido. No obstante, hay evidencia que el Wnt-4 aumenta durante la fase luteal del ciclo menstrual.

La ruta de señalización Notch ha sido asociada con la regulación de la autorenovación de  stem cells y la proliferación  de células progenitoras en la glándula mamaria y los miembros de esta ruta son regulados hacia arriba por la P en la mama normal y en células de cáncer de mama. En el ratón, la señal Notch  es crítica para la expansión de la capa de células luminales  y la regulación de la proporción  de células luminales PR+. Más aún, la señal Notch es requerida para restringir los progenitores bipotentes  de linaje luminal en poblaciones  de células de mama humana. Por otra parte, los ligandos Notch han sido detectados en stem cells mamarias, lo que sugiere un rol en la estimulación de células progenitoras.  Entonces, la señal Notch  a través de mecanismos paracrinos  media el incremento estimulado por la P de células  progenitoras en la glándula mamaria.

Las progestinas inducen la secreción de hormona de crecimiento (GH) en células epiteliales de la mama humana normal. El receptor de GH (GHR) exhibe propiedades funcionales  en las stem cells/células progenitoras. Las células GHR+ no expresan PR pero se encuentran adyacentes a las células PR+.  Las células PR+ estimulan la proliferación  de MaSC vía secreción de GH, la cual actúa de una manera paracrina. Esta noción es apoyada  por la observación  que los transcriptos GHR  aumentan en la mama humana normal  con los niveles de P durante la fase luteal del ciclo  menstrual. Por otra parte, un estudio reciente ha identificado a la ruta de señalización CXCL12-CXCR4 (receptor de quimioquina) como un mecanismo paracrino esencial en la estimulación mediada por P de células progenitoras en la glándula mamaria de ratón.  La P estimula la  secreción de CXCL12  en las células luminales, la cual se une al CXCR4 en las células basales adyacentes incrementando el número de células progenitoras en la glándula mamaria.

La Areg, un ligando selectivo del receptor de factor de crecimiento epidermal, fue identificada inicialmente como un mediador paracrino de la acción de la P en útero de ratón. La Areg es también un importante blanco PR en la glándula mamaria de roedores.  Los transcriptos Areg son inducidos después de la exposición aguda a P en la glándula mamaria adulta. La P, vía Areg,  maneja la formación y proliferación de las yemas terminales en el desarrollo puberal de la glándula mamaria. Sin embargo,  se desconoce el rol de la Areg como mediador de la señal P en la mama humana. La calcitonina, una hormona peptídica involucrada en la regulación y homeostasis del calcio, ha sido implicada en la regulación hacia abajo de la señal P en la glándula mamaria de ratón.  Aunque la calcitonina es expresada exclusivamente  en células luminales, la expresión de  su receptor  también se localiza en celulas mioepiteliales y es independiente de la acción de la P. En este contexto, se ha propuesto la hipótesis que después de la inducción por la P, la calcitonina puede servir como un mediador paracrino que actúa sobre células luminales y mioepiteliales contribuyendo a la proliferación y remodelación tisular cuando los niveles de P son altos. Sin embargo, aunque la calcitonina  es un blanco de la P en la glándula mamaria murina y también en el endometrio humano, hay poca evidencia de la calcitonina como mediador paracrino en la glándula mamaria humana.

Aunque existe acuerdo que la señal P ocurre  a través de mecanismos paracrinos, hay evidencia  de una señal autocrina mediada por la P. Al menos parte del efecto proliferativo de la P se debe a la producción autocrina de factores de crecimiento inducida por la P. Este mecanismo autocrino ha sido demostrado  que ocurre en la glándula mamaria de ratón in vivo. Antes de la gran onda de proliferación mediada por la P disparada por un mecanismo paracrino dependiente de RANKL, la proliferación también puede ocurrir  a través de una pequeña onda inicial que ocurre rápida y transitoriamente. Aún no se ha determinado si este mecanismo  ocurre en la mama humana normal. Los estudios en ratones también han demostrado que hay una gran inducción  de RANKL en células luminales PR+ expuestas a P o progestinas, el cual a su vez estimula una mayor expresión de RANKL a través de un asa de retroalimentación positiva autocrina. En paralelo, el RANKL secretado  induce de una manera paracrina la regulación hacia arriba  de la expresión de RANKL en células mioepiteliales  adyacentes, lo cual regula la proliferación y expansión del compartimento MaSC. Un estudio reciente en glándula mamaria humana postula  que aunque el PR actúa  de una manera paracrina en las células luminales para expandir el compartimento luminal, existe un pequeño número de células basales o progenitoras PR+ en el lóbulo mamario con capacidad de responder  directamente a las señales proliferativas de los altos niveles circulantes de P a través de mecanismos intrínsecos de la célula. Este mecanismo podría servir para expandir el compartimento epitelial  durante la fase luteal del ciclo menstrual y durante el embarazo como preparación para la lactancia. Sin embargo, los incrementos transitorios en el número de células en respuesta a progestinas en formulaciones exógenas, particularmente en mujeres postmenopáusicas con bajos niveles endógenos de estrógenos, puede incrementar el riesgo  de mutaciones en células progenitoras bipotentes que son particularmente susceptibles a oncogénesis.

En conclusión, está establecido que el PR es expresado en varios tipos de células mamarias y juega roles proliferativos en cada uno de ellos. En las células luminales maduras PR+ regula la proliferación  estimulando señales intermedias paracrinas. Por el contrario,  en progenitores bipotentes puede disparar su proliferación directamente. En el epitelio de la glándula mamaria normal hay un balance de señales paracrinas y autocrinas que es específico de célula y contexto. El PR puede estimular directamente la expansión inicial de progenitores bipotentes, seguida por una gran onda  de estimulación paracrina de la ruta Wnt para iniciar una nueva expansión lobuloalveolar, la producción de RANKL para amplificar la elaboración lobular y la señal Notch para mantener el balance del linaje luminal. En el cáncer de mama, hay una alteración crítica en el balance de la regulación autocrina y paracrina  de la proliferación inducida por P que contribuye al desarrollo y/o progreso del cáncer de mama. Esta noción es apoyada por el hecho que, aunque la gran mayoría  de células proliferantes de la mama humana normal no expresan receptores para hormonas esteroides, un buen número de células proliferantes expresan ER y/o PR en tumores de mama, lo que sugiere que estas células pueden tener el potencial para responder directamente a la estimulación con P. Sin embargo, no está claro si las células proliferantes PR+  de los cánceres provienen  de células PR+ del epitelio de mama normal en las cuales la señal P ocurre a través de mecanismos autocrinos, o si en estas células ocurre un “switch” de la señal paracrina a autocrina que les confiere un control autocrino de la proliferación  inducida por la P.

 Fuente: Hilton HN et al (2015). Progesterone regulation of proliferation in the normal human breast and in breast cancer. A tale of two scenarios? Molecular Endocrinology 29: 1230-1242.