Mutagênese e Carcinogênese

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Mutagênese e Carcinogênese 
O que é câncer? 
Conjunto de manifestações patológicas que caracterizam-se pela perda de controle da 
proliferação celular e ganho de capacidade de invadir tecidos adjacentes ou de sofrer metástases 
para tecidos distantes. 
Esta perda de controle da proliferação celular é conseqüência direta de danos nos 
mecanismos de regulação do ciclo celular. Deste modo, podemos afirmar, que o câncer é uma 
doença que resulta dos danos ocorridos nos genes que controlam o ciclo celular. 
 
Duas classes de genes reguladores normais: 
● Os proto-oncogenes promotores de crescimento os genes supressores de inibição do 
crescimento canceroso. 
● Os genes supressores de inibição do crescimento canceroso. 
São os alvos principais do dano genético. 
 
As razões que levam os genes que regulam o ciclo celular a perderem suas funções são 
complexas e multifatoriais: 
predisposições genéticas hereditárias (Retinoblastoma infantil); 
agentes físicos, químicos e biológicos. 
 
Mecanismo geral da carcinogênese ambiental 
➔ A maioria dos Carcinógenos genotóxicos que causam tumores é pré-carcinógeno, ou seja, 
compostos estáveis incapazes de reagir com o DNA; 
➔ Biotransformados por enzimas (citocromo P450 e GST) em compostos mais 
hidrossolúveis; 
➔ Os produtos gerados são extremamente eletrofílicos e irão reagir com regiões do DNA, 
levando a formação de adutos. 
 
Ativação metabólica de um carcinógeno 
 
Acredita-se que é um fator que contribui para o câncer de fígado e está associada com mutações 
específicas do gene p53. 
 
A formação de agentes eletrofílicos a partir de carcinógenos ambientais é catalisado pelas 
Isoformas de CYP450: 
● CYP1A1: Ativa HPA (fumaça do cigarro, poluição atmosférica e dieta - pulmão) 
● CYP1A2: Ativa aminas aromáticas (corantes e industriais de cosméticos – bexiga) 
● CYP2A6: Ativa aflatoxina B1 e nitrosaminas (dieta – fígado e esôfago) 
● CYP2E1: Ativa nitrosaminas 
 
Ativação metabólica de pré-carcinógenos 
Barreiras gene-ambiente 
1. Metabolismo de carcinógenos ambientais; 
2. Reparo do DNA (por enzimas). 
 
 
Caso os carcinógenos ambientais sejam ativados por enzimas de biotransformação e 
formem adutos que não sejam reparados, estes podem levar ao aparecimento de mutações 
capazes de interferir no mecanismo de proliferação celular. 
O câncer resulta de perda dos mecanismos que controlam o ciclo celular 
 
 
 
O Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina de 2001 
Leland Hartwell, Tim Hunt e Paul Nurse por descobrirem as moléculas reguladoras chaves 
do ciclo celular. 
Usando métodos genéticos e bioquímicos, identificaram as moléculas CDK e ciclinas que 
controlam o ciclo celular dos organismos eucarióticos. Tais descobertas tiveram impacto 
fundamental sobre muitos aspectos da medicina e da biologia. 
As moléculas de CDK e de ciclinas controlam e coordenam a síntese de DNA, a separação 
dos cromossomos na mitose e a divisão celular. 
Em conjunto dirigem a célula de uma fase à outra do ciclo garantindo que a célula tenha 
crescido suficientemente, que o material genético esteja perfeitamente replicado e reparado (se 
possuir lesões). 
 
Duas classes de genes reguladores normais: 
➔ os ​proto-oncogenes​ promotores de crescimento 
➔ os ​genes supressores​ de inibição do crescimento canceroso. 
 
Proto-oncogenes: o acelerador 
● Promovem crescimento e proliferação celular 
● Mutações (alterações) ONCOGENES 
Proto-oncogenes ⟶​(MUTAÇÃO)​⟶ Oncogene 
● Mantêm o estímulo permanente para a divisão celular 
 
Mecanismos pelos quais um oncogene pode promover o crescimento celular 
 
 
 
Genes supressores de tumor: O freio 
Enquanto os proto-oncogenes funcionam enviando estímulos para a proliferação celular, 
os genes supressores de tumor atuam na regulação deste processo 
Ex: Mutação no gene supressor de tumor 
 
 
Com a perda do gene P53, as células permanecerão capazes de replicar o DNA alterado, 
o que ocasionará a fixação da mutação. 
 
Retinoblastoma 
 
Diferente dos oncogenes, em que mutações em somente um alelo conferem ganho de 
função, para que os genes supressores de tumor percam sua função, ambos os alelos têm que 
estar afetados. 
Genes que regulam a apoptose 
Além dos genes supressores e dos proto-oncogenes, que regulam a proliferação celular, 
existem os genes que inibem ou que induzem a morte celular programada (=Apoptose) 
 
Ex: Gene bcl-2 
Impede a morte celular programada e ao estender a sobrevida da célula permite que surjam 
outras mutações que afetam os proto-oncogenes e os genes supressores de tumor. Está 
associado a um tipo maligno de linfoma. 
 
Patogenia do Câncer 
 
 
Carcinogênese Química 
Histórico: 
Percivall Pott (1775): ocorrência de câncer da bolsa escrotal em pacientes que trabalhavam como 
limpador de chaminés. 
Concluiu que a malignidade da doença estava relacionada a ocupação desses homens. Sugeriu 
que o benzo-a-pireno (liberado na madeira queimada) era o agente causal. 
 
Carcinogenicidade 
Avaliação da capacidade de substâncias químicas (agentes carcinogênicos) ou fatores 
ambientais de induzir o aparecimento de neoplasias 
 
Agente Carcinogênico 
É um agente ou processo que aumenta a taxa de formação de tumores, ou aumenta o 
número de combinações de tumores malignos e benignos em uma população. 
 
➔ Agentes Carcinogênicos: 
Genotóxicos: INICIADORES (interagem com o DNA e causam mutações); 
Não-genotóxicas: PROMOTORES (influenciam a progressão de células iniciadas através 
de mecanismos não genéticos). 
 
 
INICIADORES 
São altamente eletrofílicos e podem ligar-se covalentemente com sítios nucleofílicos do 
DNA formando adutos. 
Diretos: não requerem ativação metabólica Indiretos ou pró-carcinógenos: requerem conversão 
metabólica in vivo para originarem formas eletrofílicas, capazes de transformar a célula. 
 
PROMOTORES 
Atuam por mecanismos não genéticos. Podem dar início à formação de tumores em 
células já iniciadas mas, sem a exposição prévia ao iniciador não são tumorigênicos; 
 
Etapas da carcinogênese química 
Iniciação ⟶ Promoção ⟶ Progressão 
 
⟶ Iniciação 
● 1º etapa do processo carcinogênico 
● Fase rápida e irreversível 
● Células normais de um determinado órgão ou tecido são convertidas em células com 
potencial para tornarem-se um tumor 
● Envolve um ou mais danos no genoma celular (mutações) – células iniciadas 
● As células iniciadas devem sofrer pelo menos um ciclo de divisão celular – alteração no 
DNA é fixada e torna-se permanente 
● Não é suficiente para a formação de tumores 
● Resulta da exposição à uma dose apropriada do agente carcinogênico químico 
● Uma única dose do agente carcinogênico é suficiente para que a iniciação ocorra. 
 
⟶Promoção 
● 2º etapa; longa e parcialmente reversível 
● Células latentes do tecido iniciado são “encorajadas” a desenvolverem-se em tumores 
● Envolve o aumento da proliferação celular das células iniciadas 
● Resulta da exposição à doses repetidas do agente carcinogênico, em intervalos curtos 
 
⟶Progressão 
● É irreversível 
● Consiste no aumento das propriedades malignas dos tumores 
● Nesta etapa as células tornam-se imortalizadas, perdendo inclusive a capacidade de 
reparar qualquer tipo de dano 
● Ao nível molecular, é resultante do acúmulo de lesões genéticas 
 
Tipos de danos genéticos 
I. Mutação Gênica​: são trocas na seqüência do DNA em um gene (mutagênicas); 
II. Aberrações Cromossômicas​: são trocas na estrutura cromossômica (clastogênicas); 
III. Alterações Numéricas​: envolvem perdas ou ganhos de cromossomos inteiros (aneugênicas). 
 
I. Mutações GênicasI.1) Mutações de Ponto 
Quando uma única base é substituída por outra, alterando o código de um triplete e 
levando a substituição de 1 aminoácido por outro 
I.2) Mutações “Frameshift” 
Quando há inserção ou deleção de 1, 2 ou mais pares de bases, ocasionando alterações 
no sentido da leitura do DNA 
 
 
 
 
II. Aberrações Cromossômicas 
Envolvem quebras e rearranjos nos cromossomos, ou perdas ou duplicações do material 
genético. 
● Quebras 
Cromatídicas 
Cromossômicas 
Deleção 
Duplicação 
Translocação 
2 cromossomos, trocam partes originando novos cromossomos; 
 
Inversão 
a posição de um bloco de genes é modificada por uma rotação de 180º. 
Transposição 
um bloco de genes é deslocado para uma nova posição no cromossomo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
– Leucemia mielóide crônica 
 
Translocação entre cromossomas 9 e 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III. Alterações Numéricas 
Envolvem perdas ou ganhos de cromossomos 
inteiros; 
Aneuploidia: 1 ou mais cromossomos do lote normal podem faltar (monossômicos), ou estar em 
excesso (trissômicos, tetrassômicos, etc); 
 
Múltiplas Etapas da Carcinogênese 
 
 
 
Identificação de agentes carcinogênicos potenciais (Diretrizes) 
 
1. Estudos Epidemiológicos 
2. Estudos in vivo a longo prazo 
3. Ensaios de mutagenicidade (genotoxicidade) a 
curto prazo 
 
1. Estudos Epidemiológicos 
As melhores evidências de carcinogenicidade humana seriam aquelas advindas de estudos 
epidemiológicos prospectivos, porém estes são caros, complexos e só podem ser realizados após 
a exposição humana por longos anos. 
 
2. Estudos in vivo a Longo prazo 
● Alternativa experimental de melhor valor preditivo utilizada na avaliação do potencial 
carginogênico de substâncias químicas; 
● Finalidade: detectar substâncias que, sob determinadas condições prováveis de exposição 
humana, poderiam resultar no desenvolvimento de câncer; 
 
 
2.1. Bioensaio de 2 anos 
● Utilizado para definir carcinógenos; A sustância é administrada cronicamente; 
● Verificação da incidência de tumores que surgem em todos os sítios; 
● São caros, podem durar de 2-3 anos, requer patologistas especializados em tumores de 
animais, bem como o emprego de centenas de animais. 
 
Animais: 
● Devem apresentar baixa incidência de tumores espontâneos; 
● Devem ser susceptíveis, mas não hipersensíveis; 
● Ratos F344 e camundongos B6C3F1; 
● N: 50 /dose/sexo/espécie 
Via: 
● Exposição humana 
● Oral (entubação gástrica) ou pela dieta; 
Controles: 
● Animais tratados com o veículo 
● Animais não tratados. 
 
Teste de carcinogênese em 2 etapas (iniciação e promoção) - pele de camundongos 
● Animais: camundongos DBA/2 
● Idade: 7-8 semanas 
● Substâncias: DMBA (iniciador); TPA (controle positivo – promotor de tumor); Euphorbia 
milii (teste); 
● Via: pele 
● Desfechos: no de papilomas 
 
As dificuldades de realização destes estudos, aliadas à impossibilidade de utilizá-los para avaliar 
um número crescente de substâncias químicas introduzidas no ambiente, levaram ao 
desenvolvimento de alternativas rápidas e baratas, capazes de detectar agentes químicos 
mutagênicos e carcinogênicos (teste a curto prazo) 
3. Ensaios de Mutagenicidade a curto prazo 
Preditivos ⟶ objetivam detectar substâncias potencialmente genotóxicas para o homem; 
● Os dados obtidos nestes testes podem ser utilizados para subsidiar a avaliação de risco 
mutagênico/carcinogênico de xenobióticos para o homem; 
● Avaliam a capacidade de uma substância reagir com o DNA e induzir mutações; 
 
Vantagens dos testes de mutagenicidade: 
● Avaliação de grande número de substâncias; 
● Estudo da correlação dose-resposta; 
● Diferentes efeitos sobre o material genético; 
● Baixo custo; 
● Úteis para priorizar substâncias químicas que devem ser submetidas aos teste de 
carcinogenicidade. 
● Desfechos: danos ao DNA (mutações gênicas ou pequenas deleções) e danos 
cromossômicos (aberrações cromossômicas); 
 
Podem ser: 
● In vitro (bactérias ou cultura de células de mamíferos; na ausência ou presença de um 
sistema enzimático exógeno de metabolização); 
● In vivo (ensaios citogenéticos). 
 
3.1. Teste de Mutação Gênica em bactérias (in vitro) ex: Teste de Ames em Salmonela 
typhimurium 
 
Características​: simples, baixo custo, rápido e sensível 
Metodologia​: indução de mutações reversas em diversas cepas da bactéria Salmonela 
typhimurium. Estas cepas são manipuladas para que se tornem dependentes de histidina. Se 
ocorrer o crescimento dessas cepas no meio ausente de histidina, significa que ela voltou a 
condição selvagem, i.e., sofreu mutação. 
Desfechos​: o efeito mutagênico do agente será quantificado pelo número de colônias que 
cresceram em meio deficiente em histidina. 
 
3.2. Teste que detecta Aberrações cromossômicas em cultura de células de mamíferos (in 
vitro) ex: Linfócitos humanos 
Princípio​: A observação direta de alterações estruturais em cromossomos possibilita verificar se 
determinadas substâncias possuem atividade clastogênica; 
Metodologia​: Coleta de sangue, cultura de linfócitos; preparo das lâminas e análise das lâminas; 
Desfechos​: observação de aberrações cromossômicas 
 
Os ensaios in vitro, apesar de serem os mais sensíveis na detecção de agentes 
mutagênico, apresentam uma grande limitação no que se refere ao seu valor preditivo. 
Bactérias e meios celulares não possuem a capacidade de biotransformação, nem o reparo do 
DNA presente nos mamíferos 
 
3.3. Teste do micronúcleo (in vivo) em células de medula óssea de roedores 
 
O teste de micronúcleo em medula óssea de roedores é amplamente aceito pelas 
agências internacionais e instituições governamentais, como parte da bateria de testes 
recomendados para se estabelecer a avaliação e o registro de novos produtos químicos e 
farmacêuticos que entram anualmente no mercado mundial. 
● Utilizado para a detecção de agentes clastogênicos e aneugênicos; 
● Foi desenvolvido em eritrócito de medula óssea de camundongos. 
 
Os ensaios in vitro, apesar de serem os mais sensíveis na detecção de agentes 
mutagênico, apresentam uma grande limitação no que se refere ao seu valor preditivo. 
Bactérias e meios celulares não possuem a capacidade de biotransformação, nem o 
reparo do DNA presente nos mamíferos 
 
Características básicas do teste: 
● O efeito do agente químico é observado em eritrócitos policromáticos anucleados (PCEs); 
● O eritrócito tem um tempo de vida relativamente curto, de modo que qualquer micronúcleo 
que ele contenha deve ter sido gerado como resultado de danos cromossômicos induzidos 
recentemente; 
● Os micronúcleos são facilmente identificáveis e sua distribuição é bem definida. 
 
Avaliação de Risco Carcinogênico 
 
● Processo de estimar uma associação entre uma exposição e a uma agente físico ou 
químico e a incidência de um efeito adverso. (A Small Dose of Risk Assessment) 
● Caracterização científica sistemática de potenciais efeitos adversos à saúde resultantes de 
exposições humanas à agentes ou situações perigosas. 
 
Paradigma da avaliação de risco