La resistencia oncológica a drogas citotóxicas se considera una de las mayores causas de fallo clínico de la quimioterapia (Perez et al., 1993, Cancer, 71:1571-1580). Casi el 50 % de los pacientes con cáncer presentan tumores que son resistentes a los fármacos empleados, los cuales han desarrollado resistencia durante el curso del tratamiento a pesar de haber presentado respuesta inicial al mismo (Kirschner et al., 1992, Biochem Pharmacol, 43:77-87). Se estima que la resistencia a drogas contribuye a más del 90 % de las muertes por cáncer (Lum et al., 1993, Cancer, 72:3502-3514).

El ADN es el objetivo mayoritario para los agentes antineoplásicos usados en quimioterapia. Una vez que la droga ha alcanzado el citoplasma, se expone a diferentes mecanismos de detoxificación. Algunos de ellos siempre están presentes en el citoplasma, mientras que otros son inducidos por la presencia de la droga. Incluso cuando el agente citostático ha alcanzado su último objetivo y ha provocado daño en el ADN, algunas células son resistentes a causa de la gran capacidad de reparación de ese daño (Masters, 1990, Radiotherapy and Oncology, 19:297-305).

La topoisomerasa II es una enzima esencial para la replicación y transcripción del ADN, así como para la recombinación y segregación cromosómica (Wang, 1985, Ann Rev Biochem, 54: 664-697). Esta enzima hace posible el acceso al ADN mediante rotura y reparación de la doble cadena. Es la proteína homóloga a la ADN girasa bacteriana y está constituida por un homodímero de 170 kDa (Harris y Hochhauser, 1992, Acta Oncologica, 31:205-213). La topoisomerasa I actúa de forma similar sobre el ADN monocatenario. La topoisomerasa II actúa produciéndo roturas en la cadena de ADN bicatenario, uniéndose covalentemente al extremo 5' de la rotura. Las roturas están sujetas por 4 pares de bases en la cadena opuesta y la proteína se une como un dímero. Posteriormente, se produce el paso de la cadena de ADN por la rotura, con cambios en el superenrollamiento y relajación de la hebra, (este estado se conoce como complejo hendible). Seguidamente, se produce la liberación parcial de la cadena (Liu, 1989, Ann Rev Biochem, 58:351-375).

Las drogas que interaccionan con topoisomerasa II, son adriamicina, daunorubicina, ellipticina, VP16, mAMSA, VM26, actinomicina D y mitoxantrone. Existe un grupo de agentes no intercaladores que se unen directamente a la topoisomerasa II, siendo los más importantes el tenipósido (VP26) y el etopósido (VP16). Se ha podido comprobar que las topoisomerasas están relacionadas con el fenómeno de resistencia a múltiples drogas (MDR) (Harris y Hochhauser, 1992, Acta Oncologica, 31:205-213).

Las drogas estabilizan el complejo hendible atrapando a la topoisomerasa II sobre el ADN y matando la célula. Cada tipo de fármaco produce un espectro diferente de complejos hendibles en zonas diferentes del ADN. Casi todos los agentes que inhiben la topoisomerasa aumentan el número de enzima asociado a las roturas de la cadena de ADN, aunque esto no siempre se correlaciona con la citotoxicidad ya que las drogas pueden tener otros mecanismos de acción. Parece ser que un mecanismo común de acción puede ser la inhibición de la capacidad de la enzima para unir la cadena de ADN cortada (Robinson y Osheroff, 1990, Biochemistry, 29:2511-2515).

La muerte celular inducida por la droga antineoplásica es proporcional al nivel de topoisomerasa II; mientras más enzima hay mayor es la toxicidad. No es sorprendente que la resistencia en algunos modelos experimentales se deba a unos niveles muy reducidos de topoisomerasa II y/o I (Brian et al., 1993, Cancer suppl, 72:3484-3488).

La mayor actividad topoisomerasa II en tejidos normales se ha encontrado en timo y bazo. En tumores los valores más altos se han detectado en cáncer de mama y leiomiosarcoma.

Regulación de la topoisomerasa II

La topoisomerasa II se expresa principalmente durante la fase proliferativa de crecimiento. La cantidad de enzima se incrementa al inicio de la replicación del ADN y continúa incrementándose durante las fases S y G2 hasta alcanzar sus valores máximos al final de G2-M, para posteriormente disminuir al final de la mitosis. La importancia de la regulación de la topoisomerasa II durante el ciclo celular estriba en conocer cuál es la fase más sensible para los inhibidores de esta enzima. Tras la estimulación de células BALB-c 3T3 con suero, las células activas proliferativamente muestran una mayor sensibilidad al etopósido que las células quiescentes. El incremento en sensibilidad a la droga comienza durante la fase S y alcanza el máximo justo antes de la mitosis. Sin embargo, aunque el nivel máximo de topoisomerasa II asociada a roturas en la cadena de ADN se produce durante G2, la citotoxicidad es máxima durante la fase S, sugiriendo que las interacciones con otros mecanismos conducen a la muerte celular (Chow y Ross, 1987, Mol Cell Biol, 7:3119-3123). La modulación de la actividad topoisomerasa II durante el ciclo celular involucra procesos de fosforilación. Esta afirmación se ha demostrado para caseín quinasas y para la proteína quinasa C. Estos cambios pueden ser cruciales en la activación de la actividad topoisomerasa. La fosforilación produce un aumento de 3 veces en la actividad de la enzima y la desfosforilación la inactiva. Se ha visto que los mayores niveles de fosforilación se producen en G2 y M (Heck et al., 1989, J Biol Chem, 264:15161-15164).

Topoisomerasa II y resistencia a citostáticos

En numerosas líneas celulares se ha observado la existencia de un fenotipo atípico de resistencia a múltiples drogas. Estas células presentan resistencia cruzada a todos los citostáticos anti topoisomerasa II, excepto a los alcaloides de la vinca (Harris y Hochhauser, 1992, Acta Oncologica, 31:205-213).

Estos mecanismos pueden incluir:

Mutaciones y topoisomerasas anormales.- Las roturas en el ADN producidas por mAMSA o etopósido tienen un absoluto requerimiento por el ATP, al contrario de lo que sucede en las células de la cepa silvestre. En las células resistentes se ha encontrado un nuevo polimorfismo de enzimas de restricción. Una mutación en el punto de unión al ATP parece ser el responsable de la inducción de resistencia al mAMSA en la topoisomerasa de ADN del bacteriófago T4 (Huff et al., 1990, Mol Gen Genet, 221:27-32). Varios estudios han demostrado la existencia de formas de topoisomerasa II funcionalmente anormales en células resistentes a drogas (Harris y Hochhauser, 1992, Acta Oncologica, 31:205-213).

Metilación.- Varios estudios han demostrado la existencia de puntos hipermetilados. Esto puede ser de importancia en la regulación de la transcripción de alelos no mutantes (Tan et al., 1989, JNCI, 81:1732-1735).

Deprivación de glucosa e hipoxia.- Estos factores pueden ser relevantes en la masa tumoral y contribuyen hacia una disminución en la expresión de topoisomerasa.

Factores citosólicos.- Una variedad de actividades enzimáticas antioxidantes se incrementan en células resistentes, incluyendo glucosa-6-fosfato-deshidrogenasa, glutatión peroxidasa y catalasa. Estas enzimas pueden inactivar los radicales libres formados por la acción de algunas drogas.

Hiperregulación de topoisomerasa I.- La topoisomerasa I es una enzima, involucrada en la transcripción, que produce roturas en el ADN monocatenario. Esta enzima puede incrementar su actividad como efecto compensatorio con la subregulación de la topoisomerasa II y puede ser capaz de realizar la función de ésta, al menos parcialmente, cuando se encuentra subregulada.

Topoisomerasa IIb- Se ha comprobado la existencia, en células de leucemia P388 resistentes a mAMSA, de otra forma de topoisomerasa II de 180 kDa que difiere en varios aspectos a la forma conocida de 170 kDa (topoisomerasa IIa). Esta nueva forma enzimática difiere en la expresión a través del ciclo celular y en la sensibilidad a drogas. Los niveles de topoisomerasa IIb alcanzan el pico máximo durante G1 y caen durante el resto del ciclo celular. La topoisomerasa IIa se expresa en células de proliferación rápida y su tasa se incrementa al compararla con la topoisomerasa IIb, en células transfectadas NIH 3T3 (Chung et al., 1989, Proc Natl Acad Sci USA, 86:9431-9435).

En conclusión, la expresión y regulación de topoisomerasas en células tumorales es un factor a tener en cuenta en la respuesta de los tumores a los agentes antineoplásicos y en el desarrollo de resistencia a la quimioterapia.

Miguel J. Ruiz Gómez es Profesor Asociado en el Departamento de Radiología y Medicina Física de la Universidad de Málaga. Antonio Souviron es doctor en Medicina y Cirugía. Manuel Martínez Murillo es Catedrático de Radiología y Medicina Física en la Universidad de Málaga