Carcinogênese: A Base Molecular do Câncer

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CARCINOGÊNESE - Letícia Kariny Teles Deusdará / Odontologia UFPE
1. CARCINOGÊNESE: A BASE MOLECULAR DO CÂNCER
O dano genético / mutação não letal está no âmago da carcinogênese, pode ser adquirido por ação de
agentes ambientais, como substâncias químicas, radiação ou vírus, ou pode ser herdada na linhagem
germinativa. Alterações genéticas em células tumorais conferem vantagens de crescimento e sobrevivência. A
hipótese genética do câncer sugere que uma massa tumoral resulte de expansão clonal de uma só célula
progenitora que sofreu dano genético (tumores monoclonais).
4 classes de genes reguladores normais são os principais alvos do dano genético:
Proto-oncogenes promotores de crescimento
Genes supressores de tumor inibidores do crescimento
Genes que regulam a morte celular programada (apoptose)
Genes envolvidos no reparo do DNA
ONCOGENES / PROTO-ONCOGENES promotores de crescimento: Codificam fatores de transcrição, proteínas
reguladoras do crescimento, proteínas envolvidas na sobrevivência celular e interações célula-célula e
célula-matriz. Induzem fenótipo transformado quando expresso em células. A maioria são versões mutadas ou
superexpressas de genes normais.
- A mutação de um único alelo pode levar à transformação celular (dominante).
GENES SUPRESSORES DE TUMOR inibidores do crescimento: Impedem o crescimento descontrolado.
Quando sofrem mutação ou se perdem de uma célula, permitem o desenvolvimento de fenótipo transformado.
- Para ocorrer transformação, ambos os alelos normais dos genes supressores
tumorais devem ser danificados (recessivos).
- Algumas vezes, a perda de um só alelo de um gene supressor tumoral pode
promover transformação (haploinsuficiência).
Genes supressores de tumor “governantes” / clássicos, como os RB, ocorrem quando a mutação do gene
leva à transformação pela remoção de um importante freio à proliferação celular.
Genes supressores de tumor “guardiões” são responsáveis pelo sensoriamento do dano genômico. Realizam
uma complexa “resposta de controle do dano” que leva à cessação da proliferação ou, se o dano for muito
grande para ser reparado, à indução de apoptose.
➔ Genes guardiões estão diretamente envolvidos no reconhecimento e reparo de
tipos específicos de dano ao DNA e sofrem mutação nas síndromes autossômicas
recessivas do reparo do DNA.
➔ O TP53, “guardião do genoma”, é um gene supressor tumoral prototípico desse tipo.
- A mutação de TP53 ou de outros sensores de dano genômico não
transforma diretamente as células, já que a perda da função de guardião não
tem efeito direto sobre a proliferação celular ou apoptose.
- A perda dos genes guardiões permite e acelera a aquisição de
mutações (fenótipo mutante) em oncogenes e genes supressores de
tumor que podem levar ao desenvolvimento do câncer.
GENES QUE REGULAM A APOPTOSE E O REPARO DO DNA: Podem agir como proto-oncogenes ou genes
supressores de tumor, que podem afetar os genes causadores de câncer e levar à transformação celular.
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2. LESÕES GENÉTICAS DO CÂNCER
Alterações genéticas que causam mutações associadas ao câncer (ativa oncogenes ou inativa genes
supressores de tumor) podem ser sutis (mutações pontuais ou inserções e deleções) ou grandes o bastante
para produzir alterações cariotípicas.
● Mutações pontuais nos proto-oncogenes, como RAS, resultam em
superatividade da proteína, normalmente pela alteração de um aminoácido regulador
interno e produção de uma proteína ativa.
● Mutações pontuais nos supressores tumorais, como as que afetam os genes RB
ou TP53, reduzem ou incapacitam a função da proteína codificada.
ALTERAÇÕES CARIOTÍPICAS DOS TUMORES
Anormalidades estruturais não aleatórias em células tumorais podem ser:
Translocações equilibradas
Deleções cromossômicas
Manifestações citogenéticas de amplificação do gene
TRANSLOCAÇÕES EQUILIBRADAS: Associadas a certas malignidades, particularmente neoplasias
hematopoéticas e mesenquimais. Rearranjos de genes em tumores sólidos podem contribuir para a
carcinogênese pelo aumento da expressão de um oncogene ou geração de um novo gene de fusão.
Translocações resultam em superexpressão de proto-oncogenes por removê-los de seus
elementos reguladores normais e colocá-los sob o controle de um promotor inadequado
e altamente ativo.
- Nos casos de linfoma de Burkitt, as células têm uma translocação entre os
cromossomos 8 e 14 que leva à superexpressão do gene MYC no cromossomo 8
pela justaposição com elementos reguladores do gene da imunoglobulina de cadeia
pesada no cromossomo 14.
- Nos linfomas de células B foliculares, uma translocação recíproca entre os
cromossomos 14 e 18 leva à superexpressão do gene antiapoptótico BCL2 no
cromossomo 18, também impulsionada pelos elementos do gene da imunoglobulina.
Translocações criam genes de fusão codificadores de proteínas quiméricas novas.
- Na leucemia mielógena crônica o cromossomo Filadélfia (Ph) consiste em uma
translocação recíproca e equilibrada entre os cromossomos 22 e 9. O cromossomo
22 derivado (cromossomo Filadélfia) aparece abreviado. Os casos de cromossomo
Ph negativos mostram o rearranjo de BCR-ABL como consequência da translocação
de Ph, originando o gene de fusão BCR-ABL (potente atividade de tirosina quinase).
- Células linfóides sofrem rearranjos de genes (translocações, inversões ou
deleções intersticiais) porque intencionalmente produzem rupturas no DNA durante
processamentos do anticorpo ou recombinação de gene receptor de célula T.
DELEÇÕES CROMOSSÔMICAS: Deleções grandes o suficiente para serem observadas cariotipicamente são
mais comuns em tumores sólidos não hematopoéticos. Molecularmente as deleções também são geralmente
encontradas em tumores hematopoéticos. Deleções de regiões específicas dos cromossomos podem resultar
na perda de determinados genes supressores de tumor.
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Supressores tumorais geralmente requerem a inativação de ambos os alelos (variações homozigóticas) para que
contribuam para a carcinogênese. Um mecanismo comum para isso é uma mutação pontual de inativação em
um alelo, seguida pela deleção do outro alelo não mutado.
MANIFESTAÇÕES CITOGENÉTICAS DE AMPLIFICAÇÃO DO GENE: A amplificação pode converter
proto-oncogenes em oncogenes, com consequente superexpressão de proteínas normais sob outros aspectos, o
que pode produzir várias centenas de cópias do proto-oncogene na célula tumoral.
ANEUPLOIDIA: Nº de cromossomos não múltiplo do estado haplóide (não múltiplo de 23 em humanos).
Aneuploidia é notável em cânceres comuns. Muitas vezes resulta de erros do ponto de controle mitótico.O ponto
de controle mitótico previne a aneuploidia e sua ausência completa leva à rápida letalidade autônoma celular,
como consequência de dessegregação cromossômica.
MICRO RNAs E CÂNCER
RNAs de uma só fita não codificadores inibem a expressão genética por meio de pós-transcrição (reprimindo a
tradução) ou por meio de clivagem do RNAm. Podem participar da transformação neoplásica:
- Se um miRNA inibir a tradução de um oncogene, uma redução na quantidade ou
função desse miRNA levará à superprodução do produto do oncogene.
- Se o alvo de um miRNA for um gene supressor tumoral, a superatividade do miRNA
poderá reduzir os genes supressores de tumor.
MODIFICAÇÕES EPIGENÉTICAS E CÂNCER
São alterações reversíveis, hereditárias, na expressão genética que ocorrem sem mutação. Em células
diferenciadas normais, a porção principal do genoma não é expressa, sendo silenciada por metilação do DNA e
modificações da histona. Células cancerosas caracterizam-se por hipometilação global do DNA e
hipermetilação seletiva localizada no promotor, afetando a expressão genética.
- Genes supressores de tumor podem ser silenciados por hipermetilação das
sequências do promotor e não por mutação.
- Hipometilação ampla no genoma causa instabilidade cromossômica e pode
induzir tumores.
- Alterações epigenéticas podem influenciar a carcinogênese por alterações do
“epigenoma”que favorecem o crescimento e a sobrevivência do câncer.
O contexto epigenético também dirá sua resposta aos sinais que controlam o crescimento e a diferenciação. O
estado epigenético de uma célula afeta drasticamente sua resposta a sinais idênticos sob outros
aspectos. P. ex., o gene NOTCH1 tem papel oncogênico na leucemia de células T, mas age como supressor
tumoral em carcinomas de células escamosas.
3. UM PROCESSO DE MÚLTIPLAS ETAPAS
Carcinogênese é um processo de múltiplas etapas resultante do acúmulo de múltiplas alterações genéticas que
coletivamente dão origem ao fenótipo transformado. Mutações proporcionam vantagens seletivas às células da
lesão precursora. Depois de iniciados, os cânceres continuam a sofrer seleção darwiniana.
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Neoplasias malignas caracterizam-se fenotípicamente por crescimento excessivo, invasividade local e
capacidade de formar metástases distantes. Na progressão do tumor, muitos adquirem maior potencial maligno e
agressivo. A progressão tumoral e a heterogeneidade geram subclones com diferentes características, como
capacidade de invadir, taxa de crescimento, capacidade metastática, cariótipo, responsividade hormonal
e suscetibilidade a drogas antineoplásicas. Algumas das mutações podem ser letais; outras podem estimular
o crescimento celular, afetando os proto-oncogenes ou os genes supressores de tumor.
Durante a progressão, células tumorais são submetidas a pressões de seleção imune e não
imune. Células altamente antigênicas são destruídas pelas defesas do hospedeiro, enquanto
células com reduzidas necessidades do fator de crescimento são positivamente selecionadas.
Resistência adquirida: Subclones que sofrem mutações (ou alterações epigenéticas) e
sobrevivem por resistência são responsáveis pelo crescimento do tumor com maior
capacidade de sobrevivência, crescimento, invasão e metástase. Tendência a se tornarem
mais agressivos e menos responsivos à terapia com o tempo.
4. CARACTERÍSTICAS DO CÂNCER / FENÓTIPO DE MALIGNIDADE
- Autossuficiência nos sinais de crescimento
- Insensibilidade aos sinais inibidores de crescimento
- Evasão da morte celular
- Potencial ilimitado de replicação
- Desenvolvimento de angiogênese sustentada
- Capacidade de invadir e metastatizar
- Reprogramação do metabolismo de energia
- Evasão ao sistema imune
- Instabilidade genômica
- Inflamação promotora de tumor
AUTOSSUFICIÊNCIA DOS SINAIS DE CRESCIMENTO
O crescimento por ação autócrina permite que células cancerosas adquiram autossuficiência de crescimento
pela aquisição da capacidade de sintetizar os mesmos fatores de crescimento aos quais são responsivas.
A interação com o estroma permite que células tumorais enviem sinais para ativar células normais no estroma
de suporte, este produz fatores de crescimento que promovem o crescimento tumoral.
Receptores do Fator de Crescimento e Tirosina Quinases Não Receptoras: Vários oncogenes resultam de
superexpressão ou mutação dos receptores do fator de crescimento. Proteínas receptoras mutantes liberam
sinais mitogênicos contínuos para as células, mesmo na ausência do fator de crescimento no ambiente.
Proteínas Transdutoras de Sinal a Jusante: RAS E ABL. Mutações em genes codificadores de vários
componentes das vias de sinalização a jusante dos receptores do fator de crescimento fazem com que células
cancerosas adquiram autonomia de crescimento. Proteínas sinalizadoras acoplam-se ao fator de crescimento
ativado e o transmitem ao núcleo, por meio de segundos mensageiros ou de cascata de fosforilação e ativação
das moléculas de transdução de sinal, promovendo a proliferação celular contínua.
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Fatores de Transcrição Nuclear: A autonomia do crescimento tumoral pode ser consequente de mutações que
afetam genes reguladores da transcrição do DNA. A sinalização através das oncoproteínas, como RAS ou ABL,
é inadequada e continua a estimular fatores de transcrição nucleares que impulsionam a expressão dos genes
promotores do crescimento.
Ciclinas e Quinases Dependentes de Ciclina: Os estímulos promotores de crescimento fazem com que
células quiescentes entrem no ciclo celular. O ciclo celular normal consiste em fases G1 (pré-sintética), S
(síntese de DNA), G2 (pré-mitótica) e M (mitótica). A ordenada progressão das células através das várias fases
do ciclo celular é orquestrada pelas CDKs, ativadas pela ligação às ciclinas. Mutações ou amplificações que
desregulam a atividade de ciclinas e CDKs favorecem a proliferação celular.
O ponto de controle G1-S monitora a integridade do DNA antes da replicação. O ponto de controle G2-M
verifica a integridade do DNA após sua replicação e monitora se a célula pode entrar com segurança na
mitose. Quando há dano ao DNA, o ponto de controle retarda o ciclo celular e dispara mecanismos de reparo do
DNA. Se o dano ao DNA for muito grave para ser reparado, as células sofrem apoptose ou entram em estado
não replicativo (senescência). Mutações em genes reguladores desses pontos de controle permitem a divisão
das células com DNA danificado, produzindo células-filhas portadoras de mutações.
INSENSIBILIDADE AOS SINAIS INIBIDORES DE CRESCIMENTO
Produtos de genes supressores de tumor aplicam freios à proliferação celular e a mutação destes torna as
células refratárias à inibição de crescimento e simula os efeitos promotores de crescimento dos oncogenes.
Gene RB (Governador do Ciclo Celular): A importância de Rb está em sua regulação do ponto de controle
G1/S, o portal pelo qual devem passar as células antes de começar a replicação do DNA. Em G1, sinais diversos
se integram para determinar se a célula deve progredir através do ciclo celular ou saem dele e se diferenciam. A
deleção funcional de Rb leva ao crescimento descontrolado.
Gene TP53 (Guardião do Genoma): Controla a resposta ao dano do DNA, mantendo a integridade do genoma:
interrupção da ativação do ciclo celular temporário (quiescência), indução do ciclo celular permanente
(senescência) ou deflagrando a morte celular programada (apoptose). Estresses celulares disparam vias de
resposta de p53, como anóxia, atividade inadequada da oncoproteína e dano à integridade do DNA. Com a
perda homozigótica do gene TP53, o dano ao DNA não é reparado, as mutações se tornam fixas nas células em
divisão e a célula entra em uma via de mão única que leva à transformação maligna.
Via do Fator b de Transformação de Crescimento: TGF-b é um potente inibidor da proliferação. Em muitas
formas de câncer, os efeitos inibidores de crescimento das vias de TGF-b são prejudicados por mutações que
afetam a sinalização de TGF-b. Essas mutações podem alterar o receptor de TGF-b tipo II ou as moléculas
SMAD que servem para traduzir sinais antiproliferativos do receptor para o núcleo. TGF-b pode funcionar para
impedir ou promover o crescimento tumoral, dependendo do estado dos outros genes na célula.
Inibição de Contato, NF2 e APC: Células não transformadas crescem em cultura e proliferam até que
monocamadas confluentes são geradas; os contatos célula-célula suprimem a proliferação celular adicional. A
“inibição do contato” é eliminada nas células cancerosas, permitindo que se tornem empilhadas e proliferem.
EVASÃO DA MORTE CELULAR
2 principais vias oncogênicas (incapacidade de reparar o dano ao DNA e ativação inadequada dos oncogenes)
convergem no maquinário apoptótico (morte celular programada), importante barreira à carcinogênese. O
acúmulo de células neoplásicas pode resultar da ativação de oncogenes promotores de crescimento, inativação
dos genes supressores de crescimento e de mutações nos genes que regulam a apoptose.
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A autofagia parece impedir o crescimento das células tumorais. Mas, na fase tardia do crescimento tumoral, a
autofagia pode ser útil para os tumores por promover a sobrevivência do tumor em climas hostis ou durante a
terapia. Metabólitos gerados por autofagia podemsuprir blocos de construção cruciais para o crescimento e a
sobrevivência nos ambientes pobres em nutrientes habitados pelas células tumorais.
POTENCIAL REPLICATIVO ILIMITADO
Células têm uma capacidade limitada de se dividir, havendo encurtamento progressivo dos telômeros nas
extremidades dos cromossomos, reconhecidos pelo maquinário de reparo do DNA como rupturas na dupla fita
do DNA, levando à interrupção do ciclo celular e à senescência, mediadas por TP53 e RB. A instabilidade
genômica decorrente de repetidos ciclos de ponte-fusão-quebra produz uma catástrofe mitótica, com apoptose
maciça. Para os tumores crescerem indefinidamente é necessário a perda de restrições ao crescimento,
desenvolvimento de maneiras de evitar a senescência celular e a catástrofe mitótica que leva à apoptose.
- Se uma célula conseguir reativar a telomerase, cessam os ciclos de ponte-fusão-quebra, e a
célula é capaz de evitar a morte. Durante esse período de instabilidade genômica que precede
a ativação da telomerase, podem se acumular mutações, auxiliando a célula a marchar em
direção à malignidade.
DESENVOLVIMENTO DE ANGIOGÊNESE SUSTENTADA
Células cancerosas (e grandes tumores benignos) estimulam a neoangiogênese, durante a qual novos vasos
brotam de capilares preexistentes ou a vasculogênese, na qual as células endoteliais são recrutadas da medula
óssea. A vasculatura tumoral é anormal, com vasos gotejantes e dilatados, com um padrão casual de conexão.
- A perfusão supre os nutrientes e o oxigênio necessários, e as células endoteliais
recém-formadas estimulam o crescimento das células tumorais adjacentes pela secreção de
fatores de crescimento, dando também o acesso à vasculatura e, portanto, à metástase.
CAPACIDADE DE INVADIR E METASTATIZAR
A cascata de invasão-metástase consiste em invasão local, intravasamento nos vasos sanguíneos e vasos
linfáticos, trânsito na vasculatura, saída dos vasos, formação de micrometástases e crescimento de
micrometástases em tumores macroscópicos.
- Invasão da Matriz Extracelular (MEC): Células tumorais interagem com a MEC em vários
estágios na cascata metastática. Rompem a membrana basal, atravessam o tecido conjuntivo
intersticial e ganham acesso à circulação penetrando a membrana basal vascular.
- Disseminação Vascular e Realojamento de Células Tumorais: Na circulação sanguínea,
algumas células tumorais formam êmbolos por agregação e adesão aos leucócitos circulantes,
particularmente plaquetas, o que proporciona proteção contra células efetoras antitumorais do
hospedeiro. Tumores metastatizam-se para o órgão que apresenta o primeiro leito capilar que
encontram após entrar na circulação. Células tumorais são dependentes de um estroma
receptivo para crescimento e colonização local.
O tropismo metastático de células tumorais pode estar relacionado com:
- Expressão de moléculas de adesão pelas células tumorais, cujos ligantes se
expressam de preferência no endotélio dos órgãos-alvo.
- Expressão de quimiocinas e seus receptores (quimiotaxia).
REPROGRAMAÇÃO DO METABOLISMO DE ENERGIA
Mesmo na presença de oxigênio abundante, células cancerosas desviam seu metabolismo de glicose das
mitocôndrias para a glicólise (efeito de Warburg / glicólise aeróbica), a qual é menos eficiente que a fosforilação
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oxidativa mitocondrial, produzindo 2 moléculas de ATP por molécula de glicose versus 36. Esse modo de
metabolismo é favorecido quando o crescimento rápido é necessário.
EVASÃO DO SISTEMA IMUNE
Uma provável estratégia para o sucesso tumoral é enganar o sistema imune, de modo que o tumor não seja
identificado ou eliminado.
INSTABILIDADE GENÔMICA COMO POSSIBILITADORA DA MALIGNIDADE
Defeitos nos 3 sistemas de reparo do DNA (reparo de divergência, reparo de excisão de nucleotídeo e reparo de
recombinação) permite o acúmulo de mutações em genes cuja disfunção contribui para o câncer.
INFLAMAÇÃO PROMOTORA DE TUMOR COMO POSSIBILITADORA DA MALIGNIDADE
Na lesão tecidual crônica, há proliferação compensatória das células na tentativa de reparar o dano, processo
regenerativo auxiliado e instigado por abundância de fatores de crescimento, citocinas, quimiocinas e
substâncias bioativas produzidas por células imunes ativadas. A persistente replicação e a reduzida apoptose
põem as células em risco de adquirir mutações em um ou mais genes envolvidos na carcinogênese.
- Muitos tumores são infiltrados por leucócitos, células inflamatórias, como os neutrófilos, que
podem contribuir para a carcinogênese por secreção de espécies reativas de oxigênio, que
podem infligir dano adicional ao DNA em células em rápida divisão.
5. ETIOLOGIA DO CÂNCER: AGENTES CARCINOGÊNICOS
CARCINÓGENOS QUÍMICOS: Agentes de Ação Direta não requerem conversão metabólica para se tornarem
carcinogênicos. Agentes de Ação Indireta são substâncias químicas que requerem conversão metabólica para
um carcinógeno final.
- Qualquer gene pode ser o alvo de carcinógenos químicos, comumente os oncogenes mutados e
supressores tumorais. A carcinogenicidade de algumas substâncias químicas é aumentada pela subsequente
administração de promoters. Embora a aplicação de um iniciador possa causar a ativação mutacional de um
oncogene, como RAS, a aplicação subsequente de promoters leva à expansão clonal das células iniciadas
(mutadas). Com a proliferação sustentada, os clones de células acumulam mutações adicionais, desenvolvendo
eventualmente um tumor maligno.
CARCINOGÊNESE POR RADIAÇÃO: As propriedades oncogênicas da radiação ionizante estão relacionadas a
seus efeitos mutagênicos e, com menos frequência, a mutações pontuais. Biologicamente, as quebras na dupla
fita do DNA são a forma mais importante de dano ao DNA causado por radiação.
ONCOGÊNESE VIRAL E MICROBIANA:
Vírus RNA Oncogênicos
● Vírus linfotrópico de células T humanas (HTLV-1) - leucemia/linfoma de células T
- tropismo para células T CD4+
Vírus DNA Oncogênicos
● Papilomavírus Humano - HPV
● Vírus Epstein-Barr - Linfoma de Burkitt
● Vírus das Hepatites B e C - HBV / HCV - carcinomas hepatocelulares
● Helicobacter pylori úlceras pépticas - adenocarcinoma gástrico