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Neurofibromina
Viajando por el mundo de la genética
Editor invitado: Patricia Della Giovanna
Arch. Argent. Dermatol. 59:245-249, 2009
Neurofibromina. Qué hay de nuevo
Sol Fernández Venegas y Patricia Della Giovanna
RESUMEN: La neurofibromina es una proteína citoplasmática codificada por el gen NF1, localizado en el cromosoma 17q11.2. Participa en la regulación de diversas vías de señalización
molecular: MAPK, PI3K, Caveolina y PKA. Cada vía cumple una función particular, con un objetivo final común, el control de genes involucrados en el crecimiento, apoptosis, diferenciación
y migración celular.
Realizamos una revisión sobre la neurofibromina, las vías de señalización en las que está
implicada y su relación con las manifestaciones clínicas de la neurofibromatosis.
Palabras clave: neurofibromatosis – neurofibromina – Ras – AMPc.
ABSTRACT: Neurofibromin is a cytoplasmic protein that is encoded by gene NF1, located on
chromosome 17q11.2. It participates in the regulation of several signaling pathways: MAPK, PI3K,
Caveolina and PKA. Each pathway plays a particular function, all important in the control of genes
involved in apoptosis, cell differentiation, growth and migration.
This is a review about neurofibromin, the pathways that are involved and its relation with the
clinical manifestations of neurofibromatosis.
Key words: neurofibromatosis – neurofibromin – Ras – AMPc.
INTRODUCCION
La neurofibromatosis es una enfermedad genética
que afecta 1 de cada 3500 individuos. Los pacientes
que la padecen son heterocigotos para mutaciones del
gen NF1, responsable de la enfermedad. Clínicamente
se caracteriza por la presencia de máculas café con
leche, efélides, nódulos de Lisch en el iris y una mayor
predisposición al desarrollo de tumores de las vainas
nerviosas periféricas. También se observan alteraciones
en la memoria y aprendizaje, deformaciones óseas, así
como la aparición de tumores malignos.
NEUROFIBROMATOSIS. ASPECTOS GENETICOS
La neurofibromatosis se hereda de forma autosómica
dominante, tiene penetrancia completa y expresividad
variable. Se produce por mutaciones en el gen NF1 que
se localiza en el cromosoma 17q11.2. Contiene 61 exones distribuidos sobre 350 Kb de ADN genómico, con
Servicio de Dermatología.
Hospital Nacional Prof. Alejandro Posadas.
Recibido: 8-10-2009.
Aceptado
para
publicación: 2-11-2009.
Tomo 59 nº
6, Noviembre-Diciembre
2009
un transcripto de 11 a 13 Kb de largo y un marco abierto
de lectura de 8454 nucleótidos. Codifica una proteína de
2818 aminoácidos llamada neurofibromina1.
La mayoría de los pacientes son heterocigotos para
una mutación en el gen NF1 y los tipos de mutación
incluyen: sin sentido (terminación prematura del polipéptido en crecimiento), de sentido erróneo, inserciones,
deleciones, inversiones, traslocaciones y mutaciones en
elementos promotores y de iniciación. Entre el 30 y 50%
de los pacientes carecen de antecedentes familiares,
representando mutaciones “de novo”. Considerando la
prevalencia de esta enfermedad, la misma presenta una
de las tasas de mutación más alta conocidas sobre un
único gen.
Hasta el momento no se ha podido establecer una
relación exacta entre genotipo y fenotipo, excepto en
un 5% de los pacientes que presentan un fenotipo muy
severo relacionado con deleciones enteras del gen y
genes contiguos. Esta variabilidad fenotípica puede ser
explicada por diversos mecanismos: genes modificadores, heterogeneidad alélica, mutación en el segundo
alelo, mosaicismo somático, deleción de genes contiguos
y factores ambientales2.
Hay dos tipos de deleciones principales. Las delecio-
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Sol Fernández Venegas y Patricia Della Giovanna
nes de tipo I comprenden 1,4 Mb y abarcan el gen NF1
entero junto a 13 genes adicionales. En estos casos, es
probable que la deleción de genes vecinos al gen NF1
modifique la expresión de la enfermedad, particularmente
en lo relacionado al desarrollo precoz de fenotipo más
severo con respecto a aquellos que tienen mutaciones
intragénicas, con aparición precoz de múltiples neurofibromas, déficit cognitivo, anormalidades en el crecimiento, rasgos dismórficos, alteraciones cardíacas y
mayor riesgo de desarrollar tumores malignos de la vaina
nerviosa periférica. Las deleciones de tipo II ocupan 1,2
Mb y se cree que en su mayoría son mosaicos y evidencian fenotipos menos severos. Con menor frecuencia se
observan otras deleciones atípicas3.
NEUROFIBROMINA. GENERALIDADES. ISOFORMAS
Como ya mencionamos, la neurofibromina es el
producto proteico del gen NF1. Se expresa en neuronas, células de Schwann, oligodendrocitos, astrocitos y
leucocitos. Se localiza en el citoplasma y se transporta
activamente al núcleo por medio de una señal de localización nuclear, codificada por el exón 43. Cuando existe
una mutación en este exón, la neurofibromina queda en
el citoplasma y no ejerce su función.
El gen NF1 contiene cuatro exones con splicing alternativo: 9a, 10a-2, 23a y 48a. Estos exones no alteran
el marco de lectura y su inserción genera 5 isoformas
proteicas, con expresión diferencial en los diversos tejidos. Las diferencias cuantitativas en los niveles proteicos
de estas variantes estarían también relacionadas con la
variabilidad fenotípica observada en esta enfermedad4.
La neurofibromina tipo I se encuentra principalmente
en cerebro, no contiene los aminoácidos codificados por
las inserciones correspondientes a estos exones y es un
excelente regulador de Ras.
La neurofibromina tipo II se expresa en las células
de Schwann y es resultado de la inserción del exón 23a.
Tiene capacidad reducida para actuar como GAP. Esta
isoforma sería esencial para el desarrollo de una función
cerebral normal, regulando la memoria y el aprendizaje.
Las neurofibrominas tipos III y IV se expresan en el
tejido muscular, principalmente cardiaco y esquelético.
La primera contiene el exón 48a y la segunda los exones
23a y 48a. La identificación de estos tipos en el tejido
muscular representa un hallazgo inesperado debido al
escaso compromiso muscular observado en esta enfermedad. Se cree que la expresión de este gen sería
necesaria para el desarrollo muscular normal.
La neurofibromina 9a resulta de la inclusión del exón
9a, muestra expresión neuronal limitada y podría estar
involucrada en los mecanismos de memoria y aprendizaje.
Recientemente se describió una nueva isoforma que
inserta un exón alternativo 10a-2 e introduce un dominio
transmembrana. Esta variante se observa en la mayoría
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de los tejidos humanos y parece funcionar como un
protector de la función celular en las membranas intracelulares.
Otra característica del gen NF1 es la presencia de 3
genes en el intrón 27b: OMGP, EV12A y EV12B. OMGP es
una glicoproteína de membrana expresada en el sistema
nervioso central durante la mielinización, que funciona
como una molécula de adhesión celular. Los otros dos
genes han sido involucrados con el desarrollo de leucemia aunque aún no hay suficientes datos que confirmen
esta asociación.
NEUROFIBROMINA. FUNCIONES
La neurofibromina tiene sólo dos dominios funcionales, Ras GAP y SEC 14. Hasta el momento se desconoce
la función de este último (Gráfico 1).
Ras GAP ocupa una pequeña porción del dominio
central de la neurofibromina y tiene una secuencia similar
a la familia de proteínas activadoras de GTPasas o GAP.
Las proteínas GAP aceleran la hidrólisis de Ras-GTP a
Ras- GDP, desde una forma activa a una inactiva.
Las proteínas Ras son miembros de una familia de
GTPasas, tienen 21 kDa y son codificadas por los genes H-Ras, K-Ras y N-Ras. Tienen un rol crucial en el
control de la diferenciación y crecimiento celular normal,
transmitiendo señales desde la membrana plasmática al
núcleo por medio de cascadas de señalización molecular.
Se encuentran unidas covalentemente a la membrana
plasmática y ciclan entre su estado activo unido a GTP
y el inactivo unido a GDP. Estas proteínas tienen baja actividad GTPasa intrínseca, que se incrementa por medio
de proteínas GAP5. La neurofibromina, por intermedio
de su dominio GAP, incrementa la tasa de hidrólisis de
GTP e inactiva a Ras. Así, disminuye su actividad y actúa
como un supresor tumoral (Gráfico 2).
Gráfico 1
Gráfico 2
Arch. Argent. Dermatol.
Neurofibromina
Por otro lado, hay factores de intercambio de nucleótidos de guanina o GEF que realizan el paso contrario,
reactivando a Ras al promover el intercambio de GDP a
GTP.
A pesar que el dominio Ras GAP es el más estudiado dentro de la proteína, sólo comprende un 13% de la
misma.
NEUROFIBROMINA. VIAS DE SEÑALIZACION EN LAS
QUE ESTA IMPLICADA
La neurofibromina interviene en diferentes vías de
señalización, que envían señales desde la membrana
plasmática al núcleo (Gráfico 3).
Gráfico 3
Gráfico 4
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I – Vías relacionadas con el Ras y funciones implicadas (Gráfico 4).
En su forma activa el Ras interactúa con diferentes
vías de señalización. Al unirse un factor de crecimiento
con su receptor de tirosina quinasa se produce la autofosforilación del receptor. Por medio de la proteína
adaptadora GRB2, se une a la proteína SOS que se ancla
a la membrana plasmática y funciona como un factor de
intercambio de nucleótidos o GEF, favoreciendo el paso
de Ras GDP a Ras GTP. Así, Ras en su forma activa actúa
sobre diferentes moléculas efectoras6.
Ia- Vía MAPK
Es la vía más importante o al menos la mejor conocida
y consiste en una cascada de fosforilaciones de diferentes quinasas.
Ras en su forma activa fosforila a Raf, que activa una
segunda quinasa llamada MEK y esta última activa a ERK.
Finalmente, ERK actúa sobre diferentes blancos nucleares y citosólicos como otras moléculas de señalización
y factores de transcripción.
El resultado de la activación de esta vía es un cambio
en el patrón de expresión genético, transmitiendo señales
de control sobre la expresión de genes involucrados en
el crecimiento, apoptosis, diferenciación y migración
celular.
Esta vía finaliza cuando se produce la hidrólisis de
GTP a GDP por medio de proteínas activadoras de
GTPasas o Gaps, como la neurofibromina.
Las mutaciones de los
genes Ras y la disminución
o ausencia de NF1 favorecen
el estado activo de Ras y la
estimulación permanente de
la cascada de señalización
MAPK, con la consiguiente
proliferación celular.
Ib- Vía PI3K (quinasa
3 fosfatidil inositol)
La activación aberrante de Ras activa a PI3K, que
fosforila y activa a la quinasa proteica B o PKB. Esta
última inactiva al complejo
TSC1-TCS2, formado por
tuberina y hamartina, con
supuesta actividad GAP. La
inactivación de este complejo permite la activación de
pequeñas proteínas homólogas a Ras a nivel cerebral
(Rheb) y en consecuencia de
la quinasa mTOR (blanco de
la rapamicina), que regula la
proliferación celular7.
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Sol Fernández Venegas y Patricia Della Giovanna
Ic- Vía de la caveolina
La neurofibromina también se une a caveolina-1 (Cav-1),
una proteína de membrana implicada en la regulación de
diversas moléculas de señalización como Ras, la quinasa
proteica C y receptores de factores de crecimiento. La
neurofibromina y caveolina podrían inactivar a Ras y regular
las vías Ras/MAPK y PI3K/PKB y otras vías de señalización
celular, afectando la proliferación y diferenciación. Es de
destacar que son frecuentes las mutaciones sin sentido que
ocurren en el dominio potencial de unión de la caveolina a
neurofibromina, afirmando la idea de que la caveolina podría
ser importante para la función de NF1.
Id- Otras vías menos estudiadas son la vía Rac/Rho,
involucrada en la organización del citoesqueleto y la vía
Ral GDS, que es una GTPasa pequeña.
II- Vías no relacionadas con Ras.
II a- Vía AMPc –PKA (quinasa proteica A).
Esta es una vía independiente del Ras, dependiente
del ATP, que modula la activación de la vía de señalización
MAPK y así la proliferación celular.
La neurofibromina es necesaria para la activación de la
adenil ciclasa (AC), una enzima crucial en la vía AMPc-PKA.
Por medio de esta enzima, el ATP se convierte en AMPc,
que luego interactúa con la PKA.
El mecanismo de activación de la AC aún no está claro,
aunque se cree que hay dos vías involucradas8:
La primera vía es estimulada por ligandos del receptor
tirosina quinasa. En la misma es esencial el dominio relacionado a Gap.
En la segunda vía intervienen receptores acoplados
a la proteína G. Esta vía depende de la región C terminal
de NF1.
En los astrocitos el aumento del AMPc intracelular
estimula a la PKA para que fosforile y active a Rap1, un
homólogo de Ras. Rap 1 interacciona con Raf y lo inhibe. De esta forma inactiva la cascada de señalización
MAPK. En definitiva, actúa como una señal inhibitoria del
crecimiento celular9.
II b- Otra función de la neurofibromina se relaciona con
su asociación a microtúbulos por medio de su dominio
GAP. Esta función es importante ya que las neuronas
contienen altas concentraciones de microtúbulos en sus
proyecciones axonales y dendríticas, fundamentales para
la traducción de señales y sinapsis interneuronales. Es posible que la alteración de esta función resulte en problemas
cognitivos y de aprendizaje, una característica frecuente
en pacientes con neurofibromatosis.
MANIFESTACIONES CLINICAS Y SU CORRELACION
MOLECULAR. ALTERACIONES PIGMENTARIAS
Hasta el momento no está del todo claro como las
mutaciones del gen NF1 causan muchas de las lesiones
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hiperpigmentadas como las manchas café con leche,
efélides o nódulos de Lisch.
Estudios sobre cultivos celulares demostraron que los
niveles de Ras-GTP de los melanocitos de pacientes con
neurofibromatosis eran similares a los controles normales.
Por lo tanto, la patogenia de estas lesiones no se puede
atribuir a una desregulación de la actividad de Ras. Con
estudios inmunohistoquímicos tampoco se detectaron
niveles reducidos de neurofibromina a nivel de las máculas
café con leche. Sin embargo, en cultivos de melanocitos
derivados de pacientes con neurofibromatosis se detectó
una expresión variable de neurofibromina de acuerdo a
las diferentes condiciones de cultivo. Se vio que si se
adicionaba factor de crecimiento básico de fibroblastos
(bFGF) o factor de células stem (SCF) obtenido de donantes sanos, los niveles de neurofibromina aumentaban.
Por lo tanto, parecería que alteraciones en la expresión
de factores de crecimiento en estos pacientes juegan un
rol crucial en la patogenia de las lesiones pigmentarias.
Los fibroblastos dérmicos producirían más cantidad de
SCF y HGF actuando sobre los mastocitos de la dermis y
sobre los melanocitos, favoreciendo la formación de las
máculas café con leche. La haploinsuficiencia del gen NF1
también resulta en una variación en el número y largo de las
dendritas de los melanocitos, que son las que dirigen su
migración durante la embriogénesis y consecuentemente
su formación alterada puede modificar la migración de los
precursores melanocíticos y resultar en una distribución
desigual de las células pigmentarias e hiperpigmentación
posterior.
NEUROFIBROMAS
La gran mayoría de los pacientes con neurofibromatosis desarrollan neurofibromas. Los más frecuentes
son los neurofibromas subcutáneos, que aparecen en la
segunda década de la vida, son pequeños y múltiples.
Los neurofibromas plexiformes son menos frecuentes, de
gran tamaño y congénitos. Los últimos pueden progresar
a la malignidad en un 2 a 5% de los casos.
El desarrollo de neurofibromas es un proceso complejo. Aparentemente, depende de la pérdida de heteregocidad en el locus NF1 en las células de Schwann y de
un entorno celular anormal para su desarrollo. También
intervienen factores no genéticos como respuestas alteradas a señales normales de reparación axonal y cambios
hormonales.
La pérdida de la heteregocidad en las células de
Schwann es lo que desencadena la formación tumoral10.
Sin embargo, los neurofibromas están compuestos por
múltiples tipos celulares como mastocitos, fibroblastos
y células perineurales, en los que se detecta un estado
haploinsuficiente (un alelo normal y uno mutado). Estas
células tendrían un rol primordial en el desarrollo tumoral
dado que serían más sensibles a los estímulos, secretando
factores de crecimiento que favorecen la proliferación celu-
Arch. Argent. Dermatol.
Neurofibromina
lar, con respuestas exageradas al daño y reparación axonal.
El mecanismo de formación de los neurofibromas
subcutáneos y neurofibromas plexiformes es similar, lo
que los diferencia es el momento en que se producen las
mutaciones somáticas. Se cree que cuanto más temprana
es la mutación, más agresivo el desarrollo tumoral y más
riesgo de progresión a malignidad. Por lo tanto, la pérdida
de la heteregocidad ocurriría durante la gestación en los
neurofibromas plexiformes y a partir de la adolescencia
en el caso de neurofibromas subcutáneos11.
Por lo tanto, para el desarrollo tumoral se necesita la
pérdida completa de función de la neurofibromina en las
células de Schwann y de la disminución de su función en
las células no neoplásicas que la rodean. Sin embargo,
la pérdida de un único alelo es suficiente para producir
el resto de las manifestaciones clínicas observadas en
la neurofibromatosis.
CONCLUSIONES
La neurofibromina es una proteína codificada por
el gen de la NF1. Exhibe diferentes isoformas y está
altamente conservada entre las diferentes especies.
Ante su defecto genético, su función se altera y no
hay otra proteína que reemplace su actividad en la
célula.
El conocer todas las vías de señalización en las que
forma parte (relacionadas o no al Ras) y las señales
desencadenadas por éstas, brindará no sólo información
sobre los mecanismos relacionados a la patogenia y
variabilidad fenotípica de la neurofibromatosis, sino que
también permitirá la identificación de blancos terapéuticos para el tratamiento de la enfermedad.
BIBLIOGRAFIA
APRENDIZAJE
1.
Las alteraciones en el aprendizaje ocurren en un
30-45% de los pacientes con neurofibromatosis. El
aumento de Ras favorece el aumento de GABA (acido
gama amino butírico). Este ácido actúa como un neurotransmisor inhibitorio a nivel del hipocampo, región
del cerebro implicada en la formación de la memoria.
El proceso inhibitorio es consecuencia del incremento
de la polarización del potencial transmembrana a nivel
neuronal, estimulado por la unión de GABA a receptores
específicos en la membrana plasmática. Estos receptores
incluyen los acoplados a proteínas G y Ras. EL aumento
de GABA suprime la síntesis de oxido nítrico, esencial
en el proceso de formación de la memoria y aprendizaje.
Por lo tanto, una adecuada función de Ras es esencial
para un correcto desarrollo cognitivo12.
2.
ALTERACIONES OSEAS
9.
La neurofibromina se expresa en osteocitos, osteoclastos, osteoblastos y condrocitos13. Los pacientes
con neurofibromatosis pueden tener disminución de
la densidad mineral ósea y deformidades óseas como
escoliosis, alteraciones vertebrales y baja estatura. Esto
demuestra que la neurofibromina está involucrada en
mecanismos de señalización molecular que afectan el
desarrollo y la remodelación ósea, aunque el mecanismo
exacto no está del todo aclarado.
TRAUMA
En respuesta al trauma se observa una migración y
proliferación aberrante de los mastocitos y mayor proliferación de los fibroblastos. Esto mismo ocurre en respuesta
a la injuria vascular. Como ya señalamos, el trauma y un
inadecuado proceso de reparación podrían ser un desencadenante de la formación de neurofibromas14.
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4.
5.
6.
7.
8.
10.
11.
12.
13.
14.
Trovó-Marqui, A.B.; Tajara, E.H.: Neurofibromin: a general
outlook. Clin Genet 2006; 70: 1-13
Savar, A.; Cestari, D.M.: Neurofibromatosis type 1: Genetical
and Clinical Manifestations. Semin Ophtalmol 2008; 23: 4551.
Hildegard, K.; Schmid, E.; Carsten, F. et al: Absence of cutaneous neurofibromas in an NF1 patient with atypical deletion
partially overlapping the common 1, 4 Mb microdeleted region.
Am J Med Genet 2008; 146 A: 691-699.
Vanderbroucke, I.; Vandesompele, J.; De Paepe, A.; Messiaen,
L.: Quantification of NF1 transcripts reveals novel highly expressed splice variants. FEBS Lett 2002; 522: 71-76.
Rajalingam, K.; Schreck, R.; Rapp, U.R.; Albert, S.: Ras oncogenes and their downstream targets. Biochim Biophys Acta
2007; 1773: 1177-1195.
Denayer, E.; Ravel, T.; Legius, E.: Clinical and molecular aspects
of Ras related disorders. J Med Genet 2008; 45: 695-703.
Lee, M.J.; Stephenson, D.: Recent developments in neurofibromatosis type 1. Curr Opin Neurol 2007; 20: 135-141.
Hsueh, Y.P.: Neurofibromin signaling and synapses. J Biomed
Sci 2007; 14: 461-467.
Dasgupta, B.; Dugan, L.; Gutmann, D.: The Neurofibromatosis
1 Gene Product Neurofibromin Regulates Pituitary Adenylate
Cyclase-Activating Polypeptide-Mediated Signaling in Astrocytes. J Neurosci 2003; 23: 8949-8454.
Harrisingh, M.; Lloyd, A.: Ras/Raf/ERK Signaling and NF1. Cell
Cycle 2004; 3(10): 69-72.
Cichowski, K.; Jacks, T.: NF1 Tumor Supressor Gene Function:
Narrowing the Gap. Cell 2001; 104: 593-604.
Costa, R.M.; Federov, N.B.; Kogan, J.H. et al: Mechanism for
the learning deficits in a mouse model of neurofibromatosis
type I. Nature 2002; 415: 526-530.
Brunetti-Pierre, N.; Doty, S.B.; Hicks, J. et al: Generalized
Metabolic Disease in Neurofibromatosis Type 1. Mol Genet
Metabol 2008; 94: 105-111.
Yu, X.; Chen, S.; Potter, O.L. et al: Neurofibromin and its inactivation of Ras are prerequisites for osteoblast functioning.
Bone 2005; 36: 793-802.
Dirección postal:
P. Della Giovanna
Paraná 980. 6º B
1017. Buenos Aires
249