El carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC) es un grupo heterogéneo de cánceres que representan una importante carga para la salud pública. Entre las alteraciones genéticas implicadas en la patogénesis del HNSCC, las mutaciones dentro del gen de la proteína tumoral p53 (TP53) destacan como contribuyentes fundamentales a la tumorigenesis y la progresión de la enfermedad. Este estudio tiene como objetivo evaluar el impacto de las mutaciones de sentido erróneo en el HNSCC asociado a TP53.
El carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC) representa un desafío significativo para la salud global, con resultados de tratamiento inciertos a pesar de los avances en las terapias. Esto resalta la necesidad crítica de comprender los mecanismos moleculares que impulsan el HNSCC, particularmente el papel del gen supresor de tumores TP53. El estudio se centra en el impacto de las mutaciones de TP53 en el HNSCC, con el objetivo de proporcionar nuevas perspectivas para estrategias diagnósticas y terapéuticas.
El estudio utilizó un enfoque integral, incorporando datos genómicos de The Cancer Genome Atlas (TCGA) y empleando diversas herramientas bioinformáticas para analizar el impacto de las mutaciones de TP53. Los datos se obtuvieron del Genomic Data Commons Data Portal y de tres estudios de HNSCC de cBioPortal (TCGA Firehose Legacy, TCGA Nature 2015 y TCGA Pan Cancer Atlas), que abarcan un número sustancial de muestras. Este enfoque multifacético permitió una investigación detallada de los efectos de las mutaciones de TP53 en la estructura, función y expresión de miRNA de las proteínas.
El análisis de los datos del TCGA reveló una alta prevalencia de mutaciones de TP53 en el HNSCC. De 1332 muestras, 932 (70%) exhibieron mutaciones de TP53. Estas mutaciones se asociaron significativamente tanto con la presencia de HNSCC (P = 0.0349) como con una menor supervivencia libre de progresión (P = 0.0102). Esto subraya el papel crucial de las mutaciones de TP53 tanto en el desarrollo como en la progresión del HNSCC, lo que lo convierte en un posible objetivo para el diagnóstico y las estrategias de tratamiento personalizado.
Una investigación adicional sobre la relación entre las mutaciones de TP53 y la expresión de miRNA arrojó hallazgos significativos. Si bien la expresión de TP53 mutante aumentó en el HNSCC, no impactó significativamente en la supervivencia del paciente. Sin embargo, la expresión de hsa-mir-133b se redujo significativamente tanto en los grupos mutantes como en los no mutantes, y esta disminución se asoció con una peor supervivencia (P = 0.017). Esto identifica a hsa-mir-133b como un posible biomarcador para monitorear la progresión del HNSCC. En contraste, hsa-mir-183 y hsa-mir-145 mostraron correlaciones menos significativas con la supervivencia.
Para comprender las consecuencias funcionales de las mutaciones de TP53, el estudio analizó las mutaciones de cambio de sentido utilizando diversas herramientas bioinformáticas. Se identificaron y analizaron un total de 118 mutaciones de cambio de sentido utilizando PhD-SNP, PANTHER y SNPs&GO. Este análisis reveló que se predijo que 90 mutaciones causaban enfermedades. El análisis onogénico posterior utilizando CScape identificó 13 mutaciones con propiedades oncogénicas, con seis mutaciones (R273C, G105C, G266E, Q136H/P, R280G) clasificadas como mutaciones impulsoras. Se sabe que estas mutaciones impulsoras confieren una ventaja de crecimiento selectiva a las células cancerosas, lo que destaca su papel crítico en la tumorigénesis.
Un análisis adicional de los efectos fenotípicos de las mutaciones, utilizando variantes de codificación, cáncer, reveló que R273C, G105C, G266E, Q136P, Q136H y R280G se clasificaron como mutaciones causantes de cáncer. Esta clasificación destaca sus contribuciones a los procesos oncogénicos, lo que podría interrumpir la función normal de las proteínas y conducir a una proliferación celular incontrolada y la evasión de la apoptosis.
El estudio también investigó el impacto de estas mutaciones en la estabilidad de las proteínas. Utilizando I-MUTANT 2.0, MUpro y CUPSAT, el análisis reveló que las seis mutaciones (R273C, G105C, G266E, Q136P, Q136H y R280G) disminuyeron la estabilidad de las proteínas. La estabilidad reducida de las proteínas podría conducir al plegamiento incorrecto o la degradación de la proteína TP53, lo que afectaría su papel en la regulación del ciclo celular y la apoptosis, lo que puede facilitar los procesos oncogénicos.
El análisis de conservación evolutiva, realizado utilizando el servidor web ConSurf, indicó que las mutaciones R273C, Q136H, Q136P, G105C, G266E y R280G son residuos funcionales que son altamente conservados y expuestos. Esto sugiere que estas mutaciones son críticas para la estructura y función de la proteína TP53, y las alteraciones podrían interrumpir los procesos biológicos esenciales.
Se observó la distribución de estas seis mutaciones (R273C, G105C, G266E, Q136P, Q136H y R280G) dentro del dominio P53 (aminoácidos 95–289) de la proteína TP53. Este dominio es crucial para la unión al ADN, y la presencia de estas mutaciones en esta región subraya su potencial para interrumpir la actividad de unión al ADN de la proteína, lo que afecta su capacidad para regular los genes cruciales para el control del ciclo celular y la apoptosis.
El análisis de modificación postraduccional (PTM) reveló que R280G y R273C se ubicaron en el sitio de metilación, lo que indica que estas mutaciones pueden interrumpir los procesos de metilación. El análisis también mostró que la mutación G105C está muy cerca de S106, y la mutación G266E está cerca de S269. La metilación es esencial para regular la función y las interacciones de las proteínas, y las mutaciones en estos sitios podrían afectar estas funciones reguladoras.
El estudio también predijo la región de bolsillo de la proteína utilizando la herramienta CASTp. El análisis reveló que R273C, Q136H/P y R280G se situaron dentro de la región de bolsillo de la proteína. Las mutaciones en la región de bolsillo pueden reducir la afinidad y especificidad de unión, lo que afecta la capacidad de TP53 para regular los genes involucrados en el control del ciclo celular y la apoptosis.
El impacto de las seis mutaciones en la estructura secundaria de TP53 se evaluó utilizando el servidor SOPMA. Los resultados demostraron que las mutaciones alteraron la estructura secundaria, incluida la hélice alfa, la hebra extendida, el giro y la bobina. Los cambios en estos elementos estructurales pueden afectar la estabilidad y la funcionalidad de la proteína TP53. Entre estas mutaciones, G105C y R280G tuvieron un mayor impacto en estos cambios estructurales.
El servidor Project HOPE se utilizó para determinar los efectos estructurales de las mutaciones. El análisis indicó que las mutaciones R273C, G105C, G266E, Q136P, Q136H y R280G mostraron diferencias en tamaño, hidrofobicidad y carga en comparación con el tipo salvaje. Además, estas mutaciones afectan los enlaces de hidrógeno y los puentes salinos formados por el tipo salvaje. Estas mutaciones se identificaron dentro del dominio y la región conservada, e impactan la estructura y función de la proteína.
El análisis de enlaces H y colisiones utilizando UCSF Chimera reveló diferencias en el número de enlaces de hidrógeno en la estructura mutante en todas las mutaciones. Las alteraciones en los enlaces de hidrógeno y la integridad estructural podrían afectar significativamente las funciones supresoras de tumores de TP53. Las mutaciones G105C, G266E y Q136H mostraron una prevalencia de colisiones, lo que indica una posible impedancia estérica, lo que podría comprometer aún más la capacidad de la proteína para unirse a sus objetivos de manera efectiva.
Los estudios de acoplamiento, realizados utilizando los servidores AutoDock y HDock, mostraron que las mutaciones, incluidas las que afectan a los residuos que no interactúan directamente con el ADN, disminuyeron los valores de puntuación de unión. Esta reducción en los valores de puntuación de unión indica un impacto negativo en la afinidad de unión de la proteína TP53, lo que podría afectar sus funciones supresoras de tumores.
Se realizaron simulaciones de dinámica molecular (MD) para investigar el comportamiento dinámico y las interacciones unidas al sustrato de las proteínas. Las simulaciones revelaron que el Apo-TP53 exhibió el valor RMSD promedio más alto, lo que sugiere que, en ausencia del sustrato de ADN, la proteína TP53 no puede mantener su forma dimérica. Los valores RMSD promedio para los mutantes de TP53 fueron más bajos que el Apo-TP53, lo que sugiere una posible desestabilización de las estructuras del complejo proteína-ADN. El análisis RMSF mostró que cada mutación afecta los valores RMSF promedio de manera diferente, con G105C y Q136H causando una ligera disminución, mientras que R280G conduce a un aumento significativo en RMSF. El análisis de enlaces de hidrógeno demostró una disminución en la tasa de formación de enlaces de hidrógeno en los mutantes de TP53, lo que indica una interacción más floja entre el TP53 mutado y el sustrato de ADN. El análisis SASA indicó que la unión del ADN al TP53 de tipo salvaje disminuyó el valor SASA de la proteína. Por el contrario, la mutación en la proteína TP53 disminuye aún más el valor SASA. El análisis del radio de giro (Rg) mostró que las mutaciones de TP53 (excepto R280G) disminuyen la compacidad del complejo proteína-sustrato en comparación con el TP53 de tipo salvaje. En general, el análisis de dinámica molecular indica que las mutaciones de TP53 confieren una ganancia de función.
Este estudio revela que las mutaciones en TP53 impactan significativamente el desarrollo y la progresión del CHNC, con hsa-mir-133b emergiendo como un biomarcador prometedor. La identificación de nuevas mutaciones como G105C y Q136H/P, y la detallada ubicación precisa de R280G y R273C en sitios clave, abre nuevas vías para el diagnóstico y las terapias dirigidas. Una mayor investigación de estos mecanismos tiene el potencial de revolucionar las estrategias de tratamiento del cáncer.
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