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LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR GENÉTICA DO CÂNCER BASE GENÉTICA DO CÂNCER MUTAÇÕES GÊNICAS “CONDUTORAS’’ E ‘ ’PASSAGEIRAS’’ O número de mutações presentes em um tumor pode variar desde somente algumas até muitas dezenas de milhares. A maioria das mutações encontradas pelo sequenciamento do tecido tumoral parece ser aleatória, não é recorrente em tipos específicos de câncer, e, provavelmente, ocorreu à medida que o câncer se desenvolveu, e não provocando diretamente o desenvolvimento ou a progressão da neoplasia. Tais mutações são denominadas de mutações “passageiras”. Um subconjunto de algumas centenas de genes tem sido repetidamente considerado como sofrendo mutações em alta frequência em muitas amostras do mesmo tipo de câncer ou mesmo em múltiplos tipos diferentes de câncer, com mutações em uma frequência tão alta que seria difícil que fossem mutações passageiras. Desse modo, presume-se que esses genes estejam envolvidos no desenvolvimento ou na progressão do câncer em si e, portanto, são considerados como genes “condutores”, ou seja, eles abrigam mutações (assim chamadas mutações gênicas condutoras) que provavelmente provocam o desenvolvimento ou a progressão de um câncer. ESPECTRO DAS MUTAÇÕES GÊNICAS CONDUTORAS Uma mudança em um único nucleotídeo ou uma inserção ou deleção pequena pode ser uma mutação condutora. Alguns agentes ambientais, como carcinógenos da fumaça do cigarro ou radiação por raios ultravioleta ou raios X, irão aumentar a taxa de mutações ao longo do genoma. Se, por acaso, ocorrerem mutações em genes condutores críticos em uma determinada célula, então o processo de oncogênese pode ser iniciado. Mutações cromossômicas e subcromossômicas, também podem servir como mutações condutoras. Translocações particulares algumas vezes são altamente específicas para determinados tipos de câncer e envolvem genes específicos (p. ex., a translocação BCR-ABL, cromossomo philadélfia, na leucemia mieloide crônica); por outro lado, outras neoplasias podem mostrar rearranjos complexos, nos quais os cromossomos se quebram em numerosos fragmentos e se reúnem, formando combinações novas e complexas (“estilhaçamento cromossômico”). AS FUNÇÕES CELULARES DOS GENES CONDUTORES As mutações afetam diretamente genes específicos que regulam processos que são prontamente reconhecidos como sendo importantes na oncogênese. Esses processos incluem regulação do ciclo celular, proliferação celular, diferenciação e saída do ciclo celular, inibição do crescimento pelos contatos célula-célula e morte celular programada (apoptose). Os efeitos de outras mutações gênicas condutoras não são reconhecidos tão prontamente e incluem genes que agem de modo mais global e afetam indiretamente a expressão de muitos outros genes. Incluídos nesse grupo encontram-se genes que codificam produtos que mantêm a integridade do DNA e genoma ou genes que afetam a expressão gênica, em nível de transcrição pelas mudanças epigenômicas, em nível pós-transcricional através de efeitos sobre a tradução ou estabilidade do RNA mensageiro (RNAm) ou em nível pós-traducional através de seus efeitos no turnover da proteína. Outros genes condutores afetam a tradução, por exemplo, genes que codificam RNAs não codificantes a partir dos quais são derivados microRNAs (miRNAs) reguladores. LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR ONCOGENES ATIVADOS E GENES SUPRESSORES TUMORAIS Os proto-oncogenes são genes normais que, quando sofrem mutação por muitos caminhos específicos, tornam-se genes condutores através de alterações que conduzem a níveis excessivos de atividade. Uma vez que sofrem mutação por esse caminho, os genes condutores desse tipo são denominados oncogenes ativados. Apenas uma única mutação em um alelo pode ser suficiente para ativação, e as mutações que ativam um proto-oncogene podem variar desde mutações pontuais altamente específicas, causando a desregulação ou a hiperatividade de uma proteína, passando por translocações cromossômicas que guiam a superexpressão de um gene, até eventos de amplificação gênica que criam uma superabundância do RNAm codificado e do produto proteico. Os genes supressores de tumor, são genes no quais as mutações causam uma perda da expressão de proteínas necessárias para controlar o desenvolvimento de neoplasias. Os mecanismos de perda de função podem variar desde mutações de sentido trocado (missense), sem sentido (nonsense), ou de mudança de matriz de leitura (frameshift) até deleções gênicas ou perda de uma parte ou mesmo um cromossomo inteiro, também pode resultar de silenciamento epigenômico transcricional, ou do silenciamento traducional pelos miRNAs ou perturbações em outros componentes da estrutura traducional. HETEROGENEIDADE CELULAR DENTRO DE TUMORES INDIVIDUAIS O acúmulo de mutações gênicas condutoras não ocorre sincronicamente, em sintonia, em todas as células do tumor. Ao contrário, o câncer evolui ao longo de várias linhagens dentro de um tumor, como eventos mutacionais e epigenéticos aleatórios em diferentes células ativando os proto-oncogenes e paralisando a maquinaria para manter a integridade do genoma, levando a mais alterações genéticas, em um círculo vicioso de mais mutações e agravamento do controle do crescimento. O perfil de mutações e alterações epigenômicas pode diferir entre as mutações primárias e suas metástases, entre diferentes metástases e mesmo entre as células do tumor original ou dentro de uma única metástase. BASES MOLECULARES DO CÂNCER: PAPEL DAS ALTERAÇÕES GENÉTICAS E EPIGENÉTICAS O DANO GENÉTICO NÃO LETAL ENCONTRA-SE NO CERNE DA CARCINOGÊNESE O dano inicial (ou mutação) pode ser causada por exposições ambientais (agentes exógenos, vírus ou produtos químicos ambientais; produtos endógenos do metabolismo celular), pode ser herdada na linhagem germinativa, ou pode ser espontânea e aleatória. Um tumor é formado pela expansão clonal de uma única célula precursora que sofreu dano genético (tumores clonais). Alterações no DNA são hereditárias, sendo passadas para as células filhas e, portanto, todas as células dentro de um tumor individual partilham do mesmo conjunto de mutações que estavam presentes no momento da transformação. Essas mutações são identificadas por sequenciamento de DNA ou por análises cromossômicas. Quatro classes de genes reguladores normais; os proto-oncogenes promotores do crescimento, os genes supressores do tumor que inibem o LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR crescimento, os genes que regulam a morte celular programada (apoptose) e os genes envolvidos no reparo do DNA; são os principais alvos de mutações causadoras de câncer. As mutações que ativam proto-oncogenes geralmente causam um aumento excessivo em uma das funções do produto genético codificado, ou, algumas vezes, confere uma função completamente nova para o produto genético afetado que é oncogênica. Oncogenes são dominantes em relação a suas contrapartes normais. As mutações que afetamos genes supressores de tumor geralmente causam uma “perda de função” e, na maioria dos casos, ambos os alelos devem ser danificados antes que a transformação possa ocorrer. No entanto, existem exceções a essa regra; algumas vezes, a perda de um simples alelo de um gene supressor de tumor (um estado denominado haploinsuficiência) reduz a atividade da proteína codificada suficientemente para que os freios sobre a proliferação e sobrevida celular sejam liberados. Genes reguladores de apoptose podem adquirir anomalias que resultam em menos mortes e, portanto, maior sobrevida das células. Essas alterações incluemmutações de ganho de função em genes cujos produtos suprimem a apoptose e mutações de perda função em genes cujos produtos promovem a morte celular. Mutações de perda de função que afetam genes de reparo de DNA contribuem indiretamente para a carcinogênese, prejudicando a capacidade da célula de reconhecer e reparar danos genéticos não-letais em outros genes. Como resultado, as células afetadas adquirem mutações a uma taxa acelerada, um estado designado por um fenótipo mutante que é marcada pela instabilidade genômica. A carcinogênese resulta do acúmulo de mutações complementares de forma gradual ao longo do tempo. AS NEOPLASIAS MALIGNAS POSSUEM VÁRIOS ATRIBUTOS FENOTÍPICOS REFERIDOS COMO MARCAS REGISTRADAS DE CÂNCER crescimento excessivo; invasividade local; capacidade de formar metástases distantes; Tais condições resultam de alterações genômicas que alteram a expressão e função de genes fundamentais, que lhes conferem um fenótipo maligno. AS MUTAÇÕES QUE CONTRIBUEM PARA O DESENVOLVIMENTO DO FENÓTIPO MALIGNO SÃO REFERIDAS COMO MUTAÇÕES CONDUTORAS A primeira mutação condutora que inicia uma célula no caminho para a malignidade é a mutação iniciadora, que é normalmente mantida em todas as células do câncer subsequente. No entanto, como nenhuma única mutação parece ser suficiente para a transformação, o desenvolvimento de um câncer requer que a célula “iniciada” adquira um número de mutações condutoras adicionais, cada uma das quais contribui também para o desenvolvimento do câncer. MUTAÇÕES DE PERDA DE FUNÇÃO EM GENES QUE MANTÊM A INTEGRIDADE GENÔMICA PARECEM SER UM PASSO INICIAL COMUM NO CAMINHO PARA A MALIGNIDADE, ESPECIALMENTE EM TUMORES SÓLIDOS As mutações que levam à instabilidade genômica não só aumentam a probabilidade de adquirir mutações condutoras, como também aumentam consideravelmente a frequência de mutações que não possuem consequência fenotípica, conhecidas como mutações passageiras, que são bem mais comuns do que as mutações condutoras. Como resultado, no momento em que uma célula adquire todas as mutações condutores necessárias para o comportamento maligno, ela pode já possuir centenas ou mesmo milhares de mutações adquiridas. LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR Uma vez estabelecidos, tumores evoluem geneticamente durante seu crescimento e progressão sob a pressão de seleção darwiniana (sobrevivência do mais apto). Logo no início, todas as células em um tumor são geneticamente idênticas, sendo a progênie de uma única célula basal transformada. Durante o processo de progressão tumoral, há uma competição entre as células tumorais para o acesso a nutrientes e nichos microambientais, e subclones com capacidade para cobrir seus antecessores tendem a “ganhar” e dominar a massa tumoral, sendo substituídos apenas por outro subclone maligno. Como resultado, mesmo que os tumores malignos sejam clonais por origem, no momento em que se tornam clinicamente evidentes suas células constituintes são muitas vezes extremamente heterogêneas geneticamente. A seleção das células mais aptas pode explicar não só a história natural do câncer, como também as mudanças no comportamento do tumor após a terapia. Uma das pressões seletivas mais profundas que as células cancerígenas enfrentam é a quimioterapia ou radioterapia eficaz realizada pelos médicos. Os tumores que retornam após a terapia quase sempre são considerados resistentes, presumivelmente porque a terapia seleciona subclones preexistentes que possuem um genótipo que lhes permite sobreviver. É cada vez mais evidente que, além de mutações de DNA, as aberrações epigenéticas também contribuem para as propriedades malignas das células cancerígenas, a metilação do DNA e as modificações das histonas ditam quais genes são expressos, e por sua vez determinam o comprometimento com a linhagem e o estado de diferenciação tanto das células normais como das neoplásicas. A metilação aberrante do DNA em células cancerígenas é responsável pelo silenciamento de alguns genes supressores de tumor, enquanto modificações das histonas tumor- específicas podem ter efeitos de longo alcance mais amplos na expressão gênica das células cancerígenas. Ao contrário das mutações no DNA, as alterações epigenéticas são potencialmente reversíveis por medicamentos que inibem o DNA ou fatores de modificação de histonas. Desse modo, há um interesse considerável no tratamento de cânceres com medicamentos que corrigem anomalias epigenéticas em células cancerígenas. MARCAS CELULARES E MOLECULARES DO CÂNCER Acredita-se que todos os cânceres exibem oito alterações fundamentais na fisiologia celular, que são consideradas as marcas registradas do câncer. Autossuficiência nos sinais de crescimento: capacidade de proliferação sem estímulos externos (ativação de oncogenes); Insensibilidade aos sinais inibidores do crescimento: não resposta a moléculas que inibem a proliferação de células normais LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR (inativação de genes supressores de tumores); Metabolismo celular alterado: mudança metabólica para a glicólise aeróbica (efeito Warburg), que permite a síntese de macromoléculas e organelas que são necessárias para o crescimento celular rápido; Evasão da apoptose; Potencial de replicação ilimitado (imortalidade): evasão a senescência celular e a catástrofe mitótica; Angiogênese; Capacidade de invadir e metastatizar; Capacidade de evadir da resposta imune do hospedeiro; AUTOSSUFICIÊNCIA NOS SINAIS DE CRESCIMENTO: ONCOGENES Os oncogenes são criados por mutações nos proto- oncogenes e codificam proteínas chamadas de oncoproteínas que possuem a capacidade de promover o crescimento celular na ausência de sinais promotores de crescimento normais. As células que expressam oncoproteínas são liberadas dos pontos de verificação e controles normais que limitam o crescimento, e como resultado, proliferam excessivamente. Aberrações em múltiplas vias de sinalização foram identificadas em vários tumores; muitos componentes destas vias atuam como oncoproteínas quando sofrem mutação. Por outro lado, uma série de supressores de tumor atuam através da inibição de um ou mais componentes dessas vias. Tradicionalmente, as oncoproteínas são comparadas a aceleradores que precipitam a replicação de células e seu DNA; por outro lado, supressores tumorais são vistos como freios que retardam ou interrompem esse processo. PROTO-ONCOGENES, ONCOGENES E ONCOPROTEÍNAS Os proto-oncogenes podem ter múltiplas funções, mas todas elas participam em algum nível nas vias de sinalização que levam à proliferação. Os proto- oncogenes de pró-crescimento podem codificar: fatores de crescimento; receptores do fator de crescimento; transdutores de sinal; fatores de transcrição; componentes do ciclo celular. Os oncogenes correspondentes geralmente codificam oncoproteínas que servem funções semelhantes às suas contrapartes normais, com a importante diferença de que elas normalmente são constitutivamente ativas. O transdutor de sinal RAS, que opera imediatamente a jusante do receptor da tirosina cinase, dois “braços” de sinalização que estão a jusante do RAS, a via da proteína cinase (MAPK) ativada por mitógeno e a via fosfoinositol-3-cinase (PI3K)/AKT, parecem ser particularmente importantes na promoção do crescimento das células cancerígenas. A maioria (e possivelmente todos) os cânceres humanos possuem defeitos moleculares que afetam um ou mais componentes dessas vias. FATORES DE CRESCIMENTO LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR Muitas células cancerígenasadquirem a habilidade de sintetizar os mesmos fatores de crescimento a que são responsivas, criando uma alça autócrina. Por exemplo, muitos tumores cerebrais chamados glioblastomas expressam o fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) e tirosinas cinases receptoras do PDGF, enquanto muitos sarcomas superexpressam tanto o fator de transformação α (TGF-α) quanto seu receptor cognato, o receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR), outro membro da família de receptores tirosina cinase. O mais comum é que os sinais transduzidos por outras oncoproteínas causem superexpressão e secreção aumentada de fatores de crescimento, desse modo iniciando e amplificando a alça autócrina. RECEPTORES DE FATOR DE CRESCIMENTO Um grande número de oncogenes codificam receptores de fatores de crescimento, dos quais os receptores tirosina cinases indiscutivelmente são as mais importantes no câncer. Normalmente, a atividade de cinase do receptor é ativada transitoriamente pela ligação de um fator de crescimento específico para o domínio extracelular, um evento que induz uma rápida mudança na conformação do receptor para um estado ativo dimérico. O receptor ativado então autofosforila os resíduos de tirosina na sua própria cauda intracelular, e esses resíduos modificados servem como locais para o recrutamento de uma série de moléculas de sinalização, incluindo a RAS e a PI3K. As versões oncogênicas destes receptores estão associadas com mutações que conduzem à atividade constitutiva de tirosina cinase independente de fator de crescimento. Assim, os receptores mutantes liberam sinais mitogênicos contínuos para a célula, mesmo na ausência do fator de crescimento no ambiente. Os receptores tirosina cinases podem ser ativados constitutivamente nos tumores por múltiplos mecanismos, incluindo mutações pontuais, rearranjos gênicos e amplificações gênicas. O ERBB1 codifica o receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR), que é acometido por mutações pontuais em determinados cânceres; O gene ERBB2 é amplificado em certos carcinomas da mama, levando à superexpressão do receptor HER2 e atividade constitutiva da tirosina cinase; Rearranjos gênicos ativam outros receptores tirosina cinases, como o cinase ALK. Por exemplo, os cânceres da mama com amplificação do ERBB2 e superexpressão do HER2 em geral respondem ao tratamento com anticorpos ou medicamentos que bloqueiam a atividade do HER2. Esses inibidores não só provocam a interrupção do crescimento do tumor, mas também induzem a apoptose e a regressão do tumor. Infelizmente, nenhuma dessas terapias direcionadas curam o câncer de pulmão avançado. Por exemplo, os cânceres de pulmão que desenvolvem resistência aos inibidores de EGFR, muitas vezes apresentam amplificações em um gene chamado MET, que codifica cinase. Tal situação destaca a realidade da presença de subclones dentro da população de células tumorais geneticamente heterogêneas que são resistentes a terapias direcionadas. COMPONENTES A JUSANTE DA VIA DE SINALIZAÇÃO DA TIROSINA CINASE RECEPTORA A ativação de receptores tirosina cinasecinase estimula a RAS e dois grandes “braços” de sinalização à jusante, a cascata MAPK e a via PI3K/AKT. Em linha com a importância destas vias na mediação do crescimento celular, a RAS, PI3K, e outros componentes destes caminhos são frequentemente acometidos por mutações de ganho de função em diferentes tipos de câncer. MUTAÇÕES DE RAS As mutações pontuais dos genes da família da RAS são o tipo mais comum de anomalia isolada envolvendo proto-oncogenes em tumores humanos. Aproximadamente 15% a 20% de todos os tumores humanos expressam versões com mutação das proteínas RAS, mas em alguns tipos de câncer a frequência de mutações de RAS é muito maior. A estimulação dos receptores de tirosina cinases por fatores de crescimento conduz à troca de GDP por GTP e subsequentes alterações conformacionais que geram RAS ativa, que, por sua vez, estimula os braços LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR MAPK e PI3K/AKT da via de sinalização do receptor da tirosina cinase. Essas cinases à jusante fosforilam e ativam inúmeros efetores citoplasmáticos, bem como vários fatores de transcrição que ligam genes que suportam o rápido crescimento celular. A ativação da RAS é transitória, pois a RAS possui uma atividade de GTPase intrínseca que é acelerada por proteínas de ativação de GTPase (BPA). Várias mutações pontuais de RAS distintas foram identificadas em células cancerígenas que reduzem significativamente a atividade de GTPase da proteína RAS. Decorre deste cenário que as consequências das mutações de ganho de função em proteínas RAS devem ser imitadas por mutações de perda de função em GAPs que normalmente restringem a atividade da RAS. MUTAÇÕES ONCOGÊNICAS DO BRAF E DA PI3K Mutações no gene BRAF: é uma proteína cinase serina/treonina que se aloja no topo de uma cascata de outras cinases serina/treonina da família do MAPK. Assim como as mutações ativadoras de RAS, as mutações ativadoras de BRAF estimulam cada uma dessas cinases à jusante e, finalmente, ativam os fatores de transcrição. Mutações da família de proteínas PI3K: Sob circunstâncias normais, o PI3K é recrutado por ativação de receptor tirosina cinase para complexos de proteínas de sinalização associados à membrana plasmática, ele ativa uma cascata de serina/treonina cinases, incluindo o AKT, que é um nodo de sinalização fundamental. O mTOR, um sensor de nível de nutrientes celular, é ativado pelo AKT, que por sua vez estimula a síntese de proteínas e lipídios. A BAD é uma proteína pro-apoptótica que é inativada pelo AKT, um efeito que aumenta a sobrevida celular. Da mesma forma, os fatores de transcrição FOXO ativam genes que promovem a apoptose, sendo regulados negativamente pela fosforilação de AKT. O PI3K é regulado negativamente por um importante fator de “frenagem” chamado PTEN, um gene supressor de tumor cuja função é perdida através de mutação ou silenciamento epigenético em muitos tipos de câncer, especialmente carcinomas do endométrio. ALTERAÇÕES NAS TIROSINA CINASES NÃO RECEPTORAS Em vários casos, as mutações se dão na forma de translocações cromossômicas ou rearranjos que criam genes de fusão que codificam tirosina cinases constitutivamente ativas. Um importante exemplo desse mecanismo oncogênico envolve a tirosina cinase ABL. Na leucemia mieloide crônica (LMC) e em algumas leucemias linfoblásticas agudas, o gene ABL é translocado de seu sítio normal no cromossomo 9 para o cromossomo 22, onde ele se fusiona com o gene BCR. O gene quimérico resultante codifica uma tirosina cinase BCR-ABL oncogênica, constitutivamente ativa. O tratamento da LMC foi revolucionado pelo desenvolvimento de medicamentos manipulados, com baixa toxicidade e alta eficácia terapêutica, que inibem a cinase BCR-ABL, outro exemplo de desenvolvimento racional de medicamentos que surgiu a partir do entendimento das bases moleculares do câncer. Apesar do acúmulo de mutações em outros genes associados ao câncer em células de LMC, a sinalização através da tirosina cinase BCR-ABL é necessária para a maioria das células tumorais de LMC proliferar e sobreviver; portanto, a inibição da sua atividade é uma terapia altamente eficaz. A sinalização de BCR-ABL pode ser vista como o eixo ao redor do qual uma complexa estrutura oncogênica é construída. Em outros casos, as tirosinas cinases não receptoras são ativadas através de mutações pontuais que anulam a função de domínios reguladores negativos que normalmente mantêm a atividade de enzima em cheque. Um exemplo desse tipo de mutação é LAONCOMayra Cleres de Souza, UFR encontrado na tirosina cinase não receptora de JAK2. FATORES DE TRANSCRIÇÃO O resultado final das vias de sinalização mitogênicas desreguladas é a estimulação contínua de fatores de transcrição que governam os genes promotores do crescimento. Deste modo, não é de se surpreender que a autonomia de crescimento também possa ocorrer como consequência de mutações que afetam os fatores de transcrição que regulam a expressão de ciclinas e genes pró- crescimento. O ONCOGENE MYC O proto-oncogene MYC está expresso em praticamente todas as células eucarióticas e pertence aos genes de resposta imediata precoce, que são rapidamente induzidos por sinalização RAS/MAPK seguindo a estimulação do fator de crescimento nas células quiescentes. Sob circunstâncias normais, as concentrações da proteína do MYC são estritamente controladas no nível da transcrição, tradução e estabilidade da proteína, e praticamente todas as vias que regulam o crescimento colidem com o MYC através de um ou mais destes mecanismos. → O MYC ativa a expressão de diversos genes que estão envolvidos no crescimento celular: Alguns genes alvo do MYC, como as ciclinas D, estão diretamente envolvidas na progressão do ciclo celular; Regula positivamente a expressão de genes de rRNA e de processamento de rRNA, aumentando a montagem de ribossomos necessários para a síntese proteica; Regula positivamente um programa de expressão gênica que leva à reprogramação metabólica e ao efeito Warburg; Pode ser considerado um regulador transcricional mestre do crescimento celular. →O MYC regula a expressão de telomerase: é um dos vários fatores que contribuem para a capacidade de replicação interminável (a imortalização) das células cancerígenas. →MYC representa um dos poucos fatores de transcrição que podem agir em conjunto para reprogramar as células somáticas em células- tronco multipotentes. Em muitos outros casos, as mutações oncogênicas que envolvem componentes de vias de sinalização a montante elevam os níveis de proteína do MYC aumentando a transcrição do MYC, melhorando a tradução de mRNA do MYC, e/ou estabilizando as proteínas do MYC. Assim, a sinalização constitutiva RAS/MAPK (vários tipos de câncer), a sinalização de Notch (diversos cânceres hematológicos), a sinalização Wnt (carcinoma do cólon), e a sinalização de Hedgehog (meduloblastoma) transformam células, em parte, por meio de regulação positiva do MYC. CICLINAS E CINASES DEPENDENTES DE CICLINAS A expressão desses inibidores tem sua regulação diminuída por vias de sinalização mitogênicas, promovendo assim a progressão do ciclo celular. Existem dois pontos principais de checagem do ciclo celular, um na transição G1/S e outro na transição G2/M, cada um dos quais é fortemente regulado por um equilíbrio de fatores de promoção e supressão de crescimento, assim como por meio de sensores de LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR dano no DNA. Se ativados, esses sensores de dano no DNA transmitem sinais que detêm a progressão do ciclo celular e, se o dano celular não puder ser reparado, eles iniciam a apoptose. As principais mutações associadas ao câncer que afetam o ponto de checagem G1/S podem ser agrupadas em duas classes: Mutações de ganho de função em genes de ciclina D e CDK4, oncogenes que promovem a progressão de G1 /S; Mutações de perda de função em genes supressores de tumores que inibem a progressão G1 /S. INSENSIBILIDADE A INIBIÇÃO DO CRESCIMENTO: GENES SUPRESSORES DE TUMOR Enquanto os oncogenes conduzem a proliferação de células, os produtos da maioria dos genes supressores de tumores aplicam freios na proliferação celular, e anomalias nesses genes levam à insuficiência da inibição de crescimento, uma outra marca fundamental da carcinogênese. As proteínas supressoras do tumor formam uma rede de pontos de checagem que evitam o crescimento descontrolado. Muitos supressores de tumor, tais como o RB e a p53, são parte de uma rede regulatória que reconhece o estresse genotóxico de qualquer fonte e respondem através da finalização da proliferação, a expressão de um oncogene em uma célula normal com genes supressores de tumor intactos leva à quiescência ou à uma interrupção permanente do ciclo celular, em vez de levar à proliferação descontrolada. Finalmente, as vias inibitórias do crescimento podem levar as células à apoptose. Outro conjunto de supressores de tumor parece estar envolvido na diferenciação celular, levando as células a entrar em uma população celular pós- mitótica, diferenciada, sem potencial replicativo. Os sinais inibitórios do crescimento e pró- diferenciação se originam fora da célula e usam receptores, transdutores de sinal e reguladores da transcrição nuclear para alcançar seus efeitos; os supressores de tumor formam uma parte dessas redes. Deste modo, os produtos proteicos dos genes supressores de tumor podem funcionar como fatores de transcrição, inibidores do ciclo celular, moléculas transdutoras de sinal e receptores de superfície celular e como reguladores da resposta celular ao dano no DNA. A hipótese “de dois eventos”, hoje, canônica da oncogênese pode ser exemplificada por: O Trace genético (aumento do risco de câncer) associado com mutações no RB é herdado de forma autossômica dominante, no nível da célula individual, enquanto as mutações de perda de função no gene RB comportam-se de forma recessiva. O risco de câncer é herdado de forma autossômica dominante; os tumores adquirem um segundo evento no alelo único do gene supressor de tumor normal, e o mesmo gene supressor de tumores sofre mutações frequentemente em tumores esporádicos do mesmo tipo. Embora se pensasse inicialmente que os supressores de tumor eram semelhantes às proteínas que colocam freios na progressão do ciclo celular e replicação do DNA, hoje em dia acredita-se que alguns evitam a transformação celular através de outros mecanismos, como por exemplo alterando o metabolismo celular (cinase serina/treonina STK11) ou assegurando a estabilidade genômica (genes de reparo de DNA BRCA1 e BRCA2). Portanto, enquanto a maioria dos supressores de tumores possuem efeitos inibidores sobre o crescimento celular através de um mecanismo ou de outro, uma definição mais abrangente de um supressor de tumor é de que eles são simplesmente uma proteína ou um gene que está associado à supressão de qualquer “uma das marcas registradas” do câncer. LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR RB:REGULADOR DE PROLIFERAÇÃO É um regulador negativo fundamental na transição do ciclo celular G1/S, está direta ou indiretamente inativado na maioria dos cânceres humanos, além de também controlar a diferenciação celular. A função da RB pode estar comprometida de duas formas diferentes: Mutações de perda de função envolvendo ambos os alelos do gene RB; Uma mudança do estado ativo hipofosforilado para o estado inativo hiperfosforilado por mutações de ganho de função que regulam positivamente a atividade de CDK/ciclina D ou por mutações de perda de função que anulam a atividade de inibidores de CDK. As vias de sinalização do fator de crescimento em geral regulam positivamente a atividade dos complexos CDK/ciclina e conduzem as células através da transição G1/S, enquanto os inibidores de crescimento fazem pender a balança para o outro lado, regulando positivamente inibidores de CDK. A RB é o ponto de integração destes sinais opostos, tornando-se uma peça fundamental na regulação da progressão do ciclo celular. A RB hipofosforilada no complexo com os fatores de transcrição E2F se liga ao DNA, recruta fatores de remodelação da cromatina (histonadeacetilases e histonas metiltransferases), e inibe a transcrição de genes, cujos produtos são necessários para a fase S do ciclo celular. Quando RB é fosforilada por complexos de ciclina D-CDK4, ciclina D-CDK6 e ciclina E-CDK2, ela libera o E2F. Esse último, em seguida, ativa a transcrição de genes na fase S. A fosforilação da RB é inibida por inibidores da cinase dependente de ciclina, pois eles inativam complexos de ciclina- CDK. A perda de controle do ciclo celular normal é fundamental para a transformação maligna e que pelo menos um dos quatro principais reguladores do ciclo celular (p16/INK4a, ciclina D, CDK4, RB) está desregulado na grande maioria dos cânceres humanos. As proteínas transformantes de diversos vírus de DNA oncogênicos de animais e humanos parecem agir também, em parte, através da neutralização das atividades inibitórias do crescimento da RB. Nesses casos, a proteína RB é funcionalmente inativada pela ligação a uma proteína viral e não age mais como inibidora do ciclo celular. TP53: GUARDIÃ DO GENOMA É um gene supressor de tumor que regula a progressão do ciclo celular, o reparo de DNA, a senescência celular e a apoptose, é o gene que sofre mutação em cânceres humanos com mais frequência. As mutações de perda de função no TP53, localizados no cromossomo 17p13.1, são encontradas em mais de 50% dos cânceres. Na maioria dos casos, as mutações estão presentes em ambos os alelos TP53 e são adquiridas nas células somáticas (não são herdadas na linhagem germinativa). LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR A herança de uma cópia mutada do gene TP53 predispõe indivíduos a tumores malignos, pois apenas um “evento” adicional no alelo normal solitário é necessário para anular a função do TP53. Esses indivíduos, que apresentam a síndrome de Li- Fraumeni, possuem 25 vezes mais chances de desenvolver um tumor maligno aos 50 anos em comparação com a população geral. O TP53 codifica a proteína p53, que é rigidamente regulada em vários níveis. Muitos tumores sem mutações de TP53 apresentam, ao invés disso, outras mutações que afetam as proteínas que regulam a função da p53. Por exemplo, a MDM2 e proteínas relacionadas da família da MDM2 estimulam a degradação de p53; essas proteínas são frequentemente superexpressas em neoplasias com alelos normais de TP53. A p53 desempenha seu papel servindo como ponto focal de uma grande rede de sinais que detectam o estresse celular, principalmente danos no DNA, mas também o encurtamento dos telômeros, a hipóxia e o estresse causado pelo excesso de sinalização pró- crescimento, como pode ocorrer em células portadoras de mutações em genes como RAS e MYC. Em células saudáveis não estressadas, a p53 é mantida à distância por meio de sua associação com o MDM2, uma enzima que faz a ubiquitinação da p53, levando à sua degradação pelo proteassomo. Como resultado, a p53 é praticamente indetectável em células normais. →Danos no DNA e na hipóxia: Os iniciadores fundamentais da ativação da p53 são duas proteínas cinases relacionadas, a ataxia- telangiectasia mutada (ATM) e a ataxia- telangiectasia Rad3-relacionada (ATR). Uma vez acionadas, a ATM e a ATR estimulam a fosforilação de várias proteínas, incluindo a p53 e a MDM2. Essas modificações pós-traducionais perturbam a ligação e a degradação da p53 por MDM2, permitindo o acúmulo da p53. →Estímulo ‘’oncogênico’’ A p53 se liga ao DNA em uma sequência específica e ativa a transcrição de centenas de diferentes genes- alvo com elementos de ligação de p53. Os genes-alvo fundamentais que executam as funções da p53 se dividem em três categorias principais: aqueles que causam a interrupção do ciclo celular; aqueles que causam a apoptose; aqueles que aumentam o metabolismo catabólico ou inibem o metabolismo anabólico. Uma vez que a p53 se acumula numa célula em níveis que são suficientes para ativar a transcrição de genes alvo, vários resultados diferentes são possíveis, cada um deles mais grave do que o último no que diz respeito ao destino da célula afetada. →Interrupção transitória do ciclo celular induzida por p53: resposta primordial ao dano no DNA. Ocorre tardiamente na fase G1 e é provocada em parte pela transcrição do gene CDKN1A dependente de p53, que codifica o inibidor de CDK p21. Se o reparo do dano no DNA for bem-sucedido, os sinais responsáveis pela estabilização da p53 cessam e os níveis de p53 caem, liberando o bloqueio do ciclo celular. As células podem, em seguida, voltar ao estado normal. →Senescência induzida por p53: é um estado de interrupção permanente no ciclo celular, caracterizada por alterações específicas na morfologia e na expressão gênica que a diferenciam da interrupção reversível do ciclo celular. LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR →Apoptose induzida por p53: é o mecanismo de proteção definitivo contra a transformação neoplásica. Ap53 conduz a transcrição de vários genes pró-apoptóticos como o BAX e o PUMA. A via de reparo de DNA é estimulada primeiramente, assim que a p53 começa a se acumular. Se a p53 for sustentada neste nível devido ao reparo ineficaz do DNA ou outros estímulos crônicos (p. ex., induzidos por uma mutação potencialmente oncogênica da RAS), ocorre o silenciamento epigenético dos genes que são necessários para a progressão do ciclo celular, levando à senescência. Por outro lado, se a p53 se acumula suficientemente para estimular a transcrição dos genes pró-apoptóticos, a célula morre. Com a perda de função da p53, o dano no DNA segue sem ser reparado, as mutações condutoras se acumulam em oncogenes e outros genes, e a célula faz um caminho perigoso às cegas que leva à transformação maligna. A radioterapia e a quimioterapia convencionais, as duas modalidades mais comuns de tratamento do câncer, têm seus efeitos mediados pela indução de dano ao DNA e subsequente apoptose. Tumores com alelos de TP53 do tipo selvagem são mais propensos a serem mortos por essas terapias do que tumores com alelos de TP53 mutados. A descoberta da p63 e da p73, membros da família da p53, revelou que a p53 tem colaboradores. OUTROS GENES SUPRESSORES DE TUMOR APC: GUARDIÃ DA NEOPLASIA DE CÓLON A polipose adenomatosa colônica (APC) é um membro da classe de supressores de tumores que funcionam através da regulação negativa das vias de sinalização promotoras de crescimento. Mutações de perda de função nas linhagens germinativas envolvendo o lócus do APC (5q21) estão associadas à polipose adenomatosa familiar, um distúrbio autossômico dominante em que todos os indivíduos nascidos com um alelo mutante desenvolvem milhares de pólipos adenomatosos no cólon durante a sua adolescência ou durante a idade adulta jovem. Quase invariavelmente, um ou mais desses pólipos sofre transformação maligna, dando origem ao câncer de cólon. A APC é um componente da via de sinalização WNT, que possui papel principal no controle do destino celular, na adesão e na polaridade celular durante o desenvolvimento embrionário. A WNT sinaliza através de uma família de receptores de superfície celular chamados frizzled (FRZ), e estimula várias vias, a central, envolvendo β-catenina, e a APC. Na ausência da sinalização WNT, a APC provoca a degradação da β-catenina, impedindo o seu acúmulo no citoplasma. A APC realiza o mesmo processo através da formação de um complexo de “destruição” macromolecular que levam à degradação proteossômica da β-catenina. A sinalização através da WNT bloqueia a formação do complexo de destruição, estabilizando a β-catenina e permitindo que ela se transloque do citoplasma para o núcleo. Assim que chega ao núcleo, a β-catenina forma um complexo de ativaçãode transcrição como o fator de ligação ao DNATCF. O complexo β-catenina/TCF promove o crescimento das células epiteliais do cólon aumentando a transcrição de MYC, ciclina D1, e outros genes. Como a inativação do gene da APC rompe o complexo de destruição, a β-catenina sobrevive e se transloca para o núcleo, onde ela ativa a transcrição de genes-alvo de pró-crescimento em cooperação com o TCF. Assim, as células que perdem a APC se comportam como se elas estivessem sendo continuamente estimuladas pela WNT. E-CADERINA A β-catenina se liga à cauda citoplasmática da E- caderina, uma proteína da superfície celular que mantém a aderência intercelular. A perda de contato célula a célula, como nas feridas ou nas lesões ao epitélio, interrompe a interação entre a E-caderina e a β-catenina, e também promove o aumento da translocação da β-catenina para o núcleo, onde ela estimula genes que promovem a proliferação. A LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR perda da inibição de contato por mutações no eixo E-caderina/β-catenina, ou por outras alterações, é uma característica-chave dos carcinomas. Além disso, a perda de E-caderina pode contribuir para o fenótipo maligno por permitir a fácil desagregação das células, que podem então provocar invasão local ou metástase. CDKN2A Codifica dois produtos de proteína: o inibidor da cinase dependente de ciclina p16/INK4a, que bloqueia a fosforilação da RB mediada por CDK4/ciclina D, reforçando assim o ponto de checagem da RB; e a p14/ARF, que ativa a via da p53 inibindo a MDM2 e evitando a destruição da p53. Assim, a mutação ou silenciamento do CDKN2A impacta em ambas as vias supressoras de tumor, da p53 e da RB. VIA DE TGF-Β Na maioria dos epitélios normais, das células endoteliais e hematopoiéticas, o TGF-β é um potente inibidor da proliferação. Ele regula os processos celulares através da ligação aos receptores TGF-β I e II. A dimerização do receptor após a ligação ao ligando inicia sinais intracelulares que envolvem as proteínas da família do SMAD. Sob circunstâncias normais, esses sinais ativam genes anti-proliferativos (genes para inibidores de cinase dependente de ciclina) e desativam os genes que conduzem o crescimento celular (cinases, MYC e cinases dependentes de ciclina). Em muitas formas de câncer, esses efeitos inibitórios de crescimento são prejudicados por mutações de perda de função na via de sinalização do TGF-β. PTEN É uma fosfatase associada à membrana, codificada por um gene no cromossomo 10q23, o PTEN age como um supressor de tumor, servindo como um freio no braço PI3K/AKT da via da tirosina cinase receptora. NF1 A Neurofibromina, o produto proteico do gene NF1, contém um domínio ativador de GTPase que atua como um freio na sinalização da RAS. NF2 O produto do gene NF2, denominado neurofibromina 2 ou merlin, é estruturalmente semelhante à proteína de membrana 4.1 do citoesqueleto das hemácias e está relacionado à família ERM (ezrina, radixina e moesina) de proteínas de membrana associadas ao citoesqueleto. As células sem merlina não estabelecem junções estáveis célula-célula e são insensíveis aos sinais normais de interrupção de crescimento gerados pelo contato célula-célula. WT1 A proteína WT1 é um ativador transcricional dos genes envolvidos na diferenciação renal e gonadal. Ela regula a transição entre o mesênquima e o epitélio, que ocorre no desenvolvimento do rim. Apesar de não ser precisamente conhecido, parece provável que o efeito tumorigênico da deficiência de WT1 esteja intimamente conectado ao papel do gene na diferenciação dos tecidos genitourinários. PATCHED (PTCH) O PTCH1 é um gene supressor de tumor que codifica uma proteína de membrana celular chamada PATCHED1. Sob circunstâncias normais, a ligação dos fatores solúveis que pertencem à família Hedgehog aos receptores de PATCH alivia essa regulação negativa e ativa a via, que estimula os fatores de transcrição a jusante. Na ausência de proteínas PATCHED, há uma sinalização de Hedgehog sem oposição que aumenta a expressão de vários genes de pró-crescimento, incluindo a N-MYC e ciclina D. VHL As mutações germinativas de perda de função do gene von Hippel-Lindau (VHL) no cromossomo 3p estão associadas com cânceres hereditários de células renais, feocromocitoma, hemangioblastomas do sistema nervoso central, angiomas da retina e cistos renais. A proteína de VHL é um componente de uma ubiquitina ligase, um tipo de complexo de proteína que liga de forma covalente as cadeias de ubiquitina em substratos proteicos específicos, promovendo assim a sua degradação pelo proteassomo. Na presença de oxigênio, o HIF1α é hidroxilado e se liga à proteína VHL, levando à sua ubiquitinação e degradação. Em ambientes hipóxicos, a reação de hidroxilação não consegue ser realizada, e o HIF1α escapa do reconhecimento pela VHL. Como resultado, o HIF1α se acumula nos núcleos das células hipóxicas e ativa vários genes-alvo, incluindo os genes que codificam os LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR fatores de crescimento angiogênicos, fatores de crescimento endotelial vasculares (VEGF) e o PDGF, o transportador de glicose GLUT1, além de várias enzimas glicolíticas. As mutações de perda de função na VHL também evitam a ubiquitinação e degradação do HIF1α, mesmo sob condições normóxicas, e são, portanto, associadas a níveis elevados de fatores de crescimento angiogênicos e alterações no metabolismo celular que favorecem o crescimento. STK11 Também conhecido como LKB1, codifica uma serina/treonina cinase que é um importante regulador do metabolismo celular. A função do STK11 ainda está sendo definida, mas ele parece ter efeitos pleiotrópicos em várias facetas do metabolismo celular, incluindo a absorção de glicose, a gliconeogênese, a síntese de proteínas, a biogênese mitocondrial e o metabolismo lipídico. DESREGULAÇÃO DOS GENES ASSOCIADOS AO CÂNCER O dano genético que ativa os oncogenes ou inativa os genes supressores de tumor pode ser súbito (mutações pontuais) ou pode envolver segmentos dos cromossomos grandes o suficiente para serem detectados em um cariótipo de rotina. ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS Certas anomalias cromossômicas são altamente associadas a neoplasias específicas e, inevitavelmente, resultam na desregulação de genes com papel fundamental na patogênese desse tipo de tumor. →Translocações cromossômicas →Deleções →Amplificação gênica →Cromotripse ALTERAÇÕES EPIGENÉTICAS Possuem um papel importante em muitos aspectos do fenótipo maligno, incluindo a expressão de genes do câncer, o controle da diferenciação e da auto- renovação, e até mesmo a sensibilidade e resistência a medicamentos. Foi reconhecido, há mais de cem anos, que os núcleos de células cancerígenas exibem morfologias anormais, as quais podem assumir a forma de hipercromasia, aglutinação ou condensação da cromatina (cromatina nuclear vesicular). →Silenciamento dos genes supressores de tumores através da hipermetilação local de DNA: geralmente ocorre em apenas um alelo e a função da outra cópia do gene de supressão do tumor afetado é perdida através de outro mecanismo, como uma mutação pontual ou uma deleção incapacitante; →Alterações globais na metilação do DNA: a consequência potencial é a expressão alterada de múltiplos genes, os quais podem ser superexpressos ou insuficientemente expressos quando comparados com a situação normal, dependendo da natureza das alterações locais. →Alterações nas histonas →A especificidade da linhagem de certos oncogenes e genes supressores de tumores possui uma base epigenética. Linhagem ou estado de diferenciação de uma célula cancerígena, da mesma forma que ascélulas normais, é gerado por modificações epigenéticas que produzem um padrão de expressão do gene que caracteriza aquele tipo particular de célula. →O epigenoma é um alvo terapêutico atraente. →O câncer pode apresentar considerável heterogeneidade epigenética. RNAS NÃO-CODIFICADORES E CÂNCER São pequenos RNAs não-codificantes e de cadeia simples, com 22 nucleótidos de comprimento, os quais fazem a mediação da inibição específica da tradução da sequência do RNA mensageiro (mRNA) através da ação do complexo silenciador induzido por RNA(RISC). →OncomiRs; →mIRs supressores de tumores; →Propriedades supressoras de tumores dos fatores de transformação do miR; CONSIDERAÇÕES FINAIS A análise molecular das células cancerosas revela duas classes de genes críticos para o câncer: oncogenes e genes supressores de tumores. Um conjunto desses genes é alterado por uma combinação de acidentes genéticos e epigenéticos que conduzem à progressão tumoral. Muitos genes críticos para o câncer codificam componentes do controle social de vias que regulam quando as células crescem, se dividem, diferenciam ou morrem. Além disso, uma subclasse de supressores de tumores pode LAONCO Mayra Cleres de Souza, UFR ser categorizada como “genes de manutenção do genoma”, pois seus papéis normais estão relacionados com o auxílio da manutenção da integridade do genoma. A inativação da via de p53, que ocorre em quase todos os cânceres humanos, permite que células geneticamente danificadas escapem da apoptose e continuem a proliferar. A inativação da via de Rb também ocorre na maioria dos cânceres humanos, ilustrando como cada uma das vias é fundamental para nossa proteção contra o câncer. O sequenciamento do genoma de células cancerosas revelou que – exceto para cânceres infantis – muitos cânceres adquirem dez ou mais mutações condutoras ao longo do curso da progressão tumoral, juntamente com um número consideravelmente maior de mutações passageiras irrelevantes. Os mesmos métodos revelaram como subclones de células surgem e morrem conforme a idade do tumor. Os tumores, portanto, contêm uma mistura heterogênea de células, algumas – chamadas de células-tronco tumorais – sendo muito mais perigosas do que outras. Podemos frequentemente correlacionar as etapas da progressão tumoral com mutações que ativam oncogenes específicos e inativam genes supressores de tumores específicos; o câncer de cólon é um bom exemplo. Contudo, combinações diferentes de mutações e alterações epigenéticas são encontradas em diferentes tipos de cânceres, e mesmo em diferentes pacientes com o mesmo tipo de câncer, refletindo a maneira ao acaso na qual tais alterações herdáveis ocorrem. Além disso, muitas das mesmas mudanças são encontradas repetidamente, sugerindo que há um número limitado de formas de burlar nossas defesas contra o câncer. REFERÊNCIAS ❖ Robbins e Contran, Patologia, Bases Patológicas das Doenças, 9º edição, 2016. ❖ Genética Médica, Thompson e Thompson, 8º edição, 2016. ❖ Biologia Molecular da Célula, Alberts, 6º edição, 2017.
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