Cáncer y evolución biológica

David Suárez Pascal <david.suarez@ciencias.unam.mx>

Depto. de Biología Evolutiva, Facultad de Ciencias, UNAM

Instituto Nacional de Cancerología, 18 de junio de 2018

## Acerca de mí * Estudié __Biología__ en la Facultad de Ciencias y allí me interesé por los aspectos teóricos y filosóficos de la biología. * Realicé estudios de Maestría y Doctorado en __Filosofía de la ciencia__ en el Posgrado en Filosofía de la ciencia.
## Acerca de mí * Mis principales líneas de investigación son: 1. La relación entre teoría y explicación en las ciencias biológicas. 1. La definición y el estudio científico de la vida. 1. Naturalismo y pragmatismo en la filosofía contemporánea.

¿Qué es la evolución?

  • En un sentido general, puede ser entendida como cambio a través del tiempo.
  • En un sentido estricto, para la biología la evolución se ha entendido como el cambio en las frecuencias génicas de una población a través del tiempo.

La antigüedad del cáncer

  • En humanos, se ha reportado la presencia de tumores en restos momificados de Egipto y Chile, así como en restos de la edad de bronce y el periodo neolítico. Sin embargo, la evidencia es controversial.
  • En neandertales, se ha reportado la existencia de un tumor con una antigüedad de 35000 años.
  • Se han detectado posibles fósiles de tumores en organismos de hace al menos 300 millones de años.

Cáncer y multicelularidad


Fuente: www.bbc.co.uk
Fuente: wikipedia.org
Fuente: wikipedia.org

Hipótesis con respecto al origen evolutivo del cáncer

  • Mecanismo de senescencia (Weismann 1891)
  • Selección de grupo (Allee et al. 1949)
  • Reducción de las presiones de selección con la edad (Medawar 1953; Williams 1957):
"Natural selection may be said to be biased in favor of youth over old age whenever a conflict of interests arises." (Williams 1957)

El cáncer como fenómeno evolutivo

Los tumores están compuestos por sub-poblaciones de células heterogéneas con respecto a diversas características (Alexandrova, 2001):

  • Morfología
  • Tasa de crecimiento
  • Potencial metastásico
  • Cariotipo
  • Antigenicidad
  • Inmunogenicidad
  • Propiedades bioquímicas
  • Sensibilidad a agentes quimioterapéuticos y a radiación

El cáncer como un fenómeno evolutivo


Adaptado de Nowell (1976)

El cáncer como fenómeno evolutivo

En efecto, las poblaciones celulares que dan origen a los tumores cumplirían con las principales condiciones que se han señalado para la ocurrencia de un proceso de selección natural (Lewontin 1978):

  • Diferentes individuos en una especie difieren entre sí en morfología, fisiología y comportamiento.
  • La variación es heredable.
  • Las variantes dejan diferente número de descendientes, ya sea inmediatamente o en generaciones futuras.

El cáncer como fenómeno evolutivo

"Variations that favor an individual's survival in competition with other organisms and in the face of environmental stress tend to increase reproductive success and so tend to be preserved." (Lewontin 1978)

El cáncer como fenómeno evolutivo

"consensus emerged that somatic (within-body) cellular selection and evolution is the fundamental process by which neoplasms arise, acquire malignancy, and evade therapeutic interventions" (Pepper et al. 2009)

El tumor como población darwiniana


Fuente: Germain (2012)

El tumor como población darwiniana

De acuerdo con Godfrey-Smith (2009), una población es darwiniana si cumple con un conjunto más amplio de características:

  • H - Fidelidad hereditaria
  • V - Abundancia de variaciones
  • C - Continuidad o suavidad del paisaje adaptativo (fitness landscape)
  • S - Dependencia de las diferencias reproductivas de características intrínsecas
  • G - Grado de especialización reproductiva
  • I - Integración, o grado de dependencia mutua

Table 1 Schematic position of key populations in Godfrey-Smith’s spatial framework

Population[H]VCIGS
Paradigmatic Darwinian population+++++++---+++
Healthy somatic cells+++-++++++--
Cancer cells+++++±-
CSC-model (e.g. myeloid leukaemia)+++++++-
Non-CSC (e.g. melanoma)+++++-+

A ‘‘+’’ represents a higher value, and ‘‘-’’ a lower value
Fuente: Germain (2012)

El cáncer, entre dos paradojas evolutivas

  1. El origen de la multicelularidad significó la asociación de individuos que formaban parte de poblaciones darwinianas a través de un proceso de desdarwinización.
  2. La progresión de un tumor tiene un comportamiento altamente determinista, lo que contrasta con el papel crucial que se asigna al azar en la evolución darwiniana.

Algunas propuestas para resolver las paradojas

  • El origen de la multicelularidad, así como el de otros casos de cooperación biológica podría implicar procesos de selección multinivel, que interactúan para producir estrategias evolutivas que compensan los comportamientos egoístas y altruistas (Nowak 2006).

Algunas propuestas para resolver las paradojas

  • La direccionalidad del proceso carcinogénico, que hace posible establecer pronósticos con un mayor o menor grado de éxito, podría explicarse, desde una perspectiva evolutiva, como el resultado de una convergencia adaptativa, debido a la existencia de un ambiente similar y con un alto grado de estabilidad (el organismo humano).

Algunas propuestas para resolver las paradojas

  • Por otro lado, también se ha propuesto que la direccionalidad de la progresión tumoral podría explicarse, más que como el resultado de la acción convergente de la selección clonal, como un rasgo atávico en el que el tumor se podría equiparar con una forma de vida equivalente a la de los primeros metazoos (Davies y Lineweaver 2011).

Reflexiones finales

La adopción de una perspectiva evolutiva del cancer sin duda puede influir sobre el conocimiento y el tratamiento de esta enfermedad, sin embargo, la biología evolutiva también puede aprender mucho del estudio de los procesos tumorales. Para esto es necesario desarrollar, además de modelos matemáticos, estrategias experimentales que permitan distinguir la contribución relativa de las dinámicas evolutivas al surgimiento del cáncer, con respecto a la contribución debida a aspectos vinculados al desarrollo.

Referencias

Alexandrova, R. (2001). Tumour Cell Heterogeneity. Experimental Pathology and Parasitology, 4(6), 57–67.
Allee, W. C., Park, O., Emerson, A. E., Park, T., & Schmidt, K. P. (1949). Principles of animal ecology. WB Saunders Philadelphia.
Davies, P. C. W., & Lineweaver, C. H. (2011). Cancer tumors as Metazoa 1.0: tapping genes of ancient ancestors. Physical Biology, 8(1), 015001. https://doi.org/10.1088/1478-3975/8/1/015001
Germain, P.-L. (2012). Cancer cells and adaptive explanations. Biology & Philosophy, 27(6), 785–810. https://doi.org/10.1007/s10539-012-9334-2
Godfrey-Smith, P. (2009). Darwinian populations and natural selection. Oxford University Press.
Lewontin, R. C. (1978). Adaptation. Scientific American, 239(3), 156–169.
Medawar, P. B. (1952). An unsolved problem of biology. College.
Nowell, P. C. (1976). The clonal evolution of tumor cell populations. Science, 194(4260), 23–28. https://doi.org/10.1126/science.959840
Pepper, J. W., Scott Findlay, C., Kassen, R., Spencer, S. L., & Maley, C. C. (2009). Synthesis: cancer research meets evolutionary biology. Evolutionary Applications, 2(1), 62–70.
Weismann, A., Poulton, E. B., & Shipley, A. E. (1891). Essays upon heredity and kindred biological problems (Vol. 1). Clarendon press.
Williams, G. C. (1957). Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence. evolution, 11(4), 398–411.

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