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Science Tips 98 – Mudança de posição: a traição de um gene anti-câncer

Mudança de posição: a traição de um gene anti-câncer

Habitualmente, os generais de um exército não mudam de lado a meio de uma guerra, mas quando o câncer está sendo atacado, isso pode fazer com que um gene que atua como principal defensor do corpo se filie à oposição. Conforme recente- mente relatado em Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), investigadores do Instituto Weizmann de Ciência descobriram que a traição desse gene pode ocorrer de mais maneiras do que as consideradas anteriormente.

Os efeitos do p53 em fibroblastos associados ao câncer na migração de células cancerosas: As células cancerosas (magenta) migram na direção de fibroblastos associados ao câncer (amarelo) que expressam um gene de p53 não mutante (esquerda); essa migração é mais lenta (centro) quando o p53 nos fibroblastos é silenciado; quando as substâncias liberadas pelos fibroblastos associados ao câncer são adicionadas à placa de Petri, a migração é restaurada (direita)

Todas as células têm esse gene, conhecido como p53. Esse gene normalmente desempenha um papel central na proteção do corpo contra a malignidade, orquestrando as defesas da célula contra o câncer e frequentemente matando uma célula potencialmente cancerosa, caso elas falhem. Em cerca de metade de pacientes oncológicos, o gene p53 existente nas células cancerosas contêm alterações – mutações – que podem resultar na produção de uma proteína p53 que não só é incapaz de suprimir o câncer, mas que pode inclusive iniciar atividades que promovam o câncer.

Mas para além das células cancerosas, um tumor maligno contém diversas células não cancerosas e elementos de tecido conjuntivo, normalmente designados como “microambiente tumoral”. Nas fases iniciais do desenvolvimento do câncer, o microambiente é hostil ao tumor. O Prof. Moshe Oren, do Departamento de Biologia Celular e Molecular, e outros cientistas constataram em estudos anteriores que o p53 das células do microambiente contribui para esta hostilidade, ao bloquear a disseminação do câncer. “Normalmente essa campanha de proteção funciona, caso contrário as pessoas teriam câncer com muito mais frequência do que realmente têm”, disse Oren.

À medida que o câncer progride e se torna mais maligno, o microambiente tumoral muda gradualmente. Os cientistas se referem a esse processo como “educação”:  o tumor em desenvolvimento está assumindo o controle do microambiente, ensinando-o a promover o câncer, ao invés de restringi-lo.

Entre as células controladas estão os fibroblastos, que fornecem o “cimento” estrutural ao tecido. Inicialmente, elas ajudam a recrutar células imunes contra o câncer, mas depois começam a liberar substâncias que promovem o crescimento, a invasão e a sobrevivência do tumor. Nessa fase, essas células são chamadas “fibroblastos associados ao câncer”.

O novo estudo, realizado no laboratório de Oren em colaboração com colegas do Instituto Weizmann, mostra que a “educação” do microambiente – um termo mais apropriado seria provavelmente “lavagem cerebral” – é parcialmente direcionada ao p53 dos fibroblastos. À medida que o câncer cresce, o p53 nos fibroblastos muda de lado. Apesar de o p53 nos fibroblastos associados ao câncer não sofrer mutações tal como ocorre nas células cancerosas, mesmo assim é alterado de uma maneira que faz com que deixe de restringir e passe a apoiar o câncer.

No estudo, liderado pela investigadora pós-doutorada Dra. Sharatj Chandra Arandkar, em colaboração com o colega de departamento Prof. o Prof. Yosef Yarden e o Dr. Igor Ulitsky do Departamento de Regulação Biológica, os investigadores mostraram que a eliminação da proteína p53 dos fibroblastos associados ao câncer ao silenciar os genes do p53 fez com que essas células perdessem muitas das suas características de apoio ao tumor e se comportassem mais como fibroblastos normais. Particularmente, o silenciamento do p53 dos fibroblastos reduziu a migração de células cancerosas adjacentes em uma placa de Petri – uma mudança essencial, considerando que a migração invasiva facilita a disseminação metastática do câncer. Além disso, o silenciamento do p53 em fibroblastos associados ao câncer reduziu con- sideravelmente a capacidade dessas células de estimularem o crescimento do tumor em camundongos.

Os autores do estudo incluem os Drs. Noa Furth, Yair Elisha e Nishanth Belugali Nataraj do Weizmann, bem como do Instituto de Farmacologia Clínica Dr. Margarete Fischer-Bosch em Stuttgart, Alemanha: Prof. Walter Aulitzky e o Dr. Heiko van der Kuip, em memória do qual essa publicação foi dedicada.

Encontrar maneiras de “reeducar” o p53 traidor no microambiente tumoral – de forma a inverter o seu comportamento para que volte a suprimir tumores – poderá abrir caminho para o desenvolvimento de terapias originais direcionadas ao microambiente, ao invés das próprias células cancerosas. Na verdade, nos últimos anos estratégias direcionadas ao microambiente canceroso estão sendo cada vez mais exploradas. A esperança é de que possam fornecer uma nova janela de oportunidade para lançar uma terapia eficaz, pois o microambiente tende a evoluir mais devagar do que as células tumorais que apresentam mutações.

A investigação do Prof. Moshe Oren
é apoiada pelo Centro Integrado de Câncer Moross (Moross Integrated Cancer Center), do qual é presidente; Rising Tide; o Fundo Familiar Comis- aroff (Comisaroff Family Trust); a Fundação Pearl Welinsky Merlo (Pearl Welinsky Merlo Foundation); o Fundo de Investigação de Progresso Científico (Scientific Progress Research Fund); a Fundação de Investigação Médica Dr. Miriam and Sheldon G. Adelson (Dr. Miriam and Sheldon G. Adelson Medical Research Founda- tion); e o Fundo de Investigação sobre Câncer Joel e Mady Dukler (Joel and Mady Dukler Fund for Cancer Research). O Prof. Oren é o responsável pela Cadeira Professoral Andre Lwoff de Biologia Molecular.

 

Science Tips 98 – Um modelo centenário da origem da vida obtém evidências consideráveis

Um modelo centenário da origem da vida obtém evidências consideráveis

Em 1924, o bioquímico russo Alexander Oparin declarou que a vida na Terra se desenvolveu através de mudanças químicas graduais de moléculas orgânicas na “sopa primordial”, que provavelmente existiu na Terra há 4 bilhões de anos. Na perspectiva dele, a combinação complexa de moléculas sem vida, conjugando forças em pequenas gotículas oleosas, podia assumir capacidades de vida autorreprodução, seleção e evolução. Essas ideias foram recebidas com dúvidas significativas que permanecem até hoje.

Uma “caminhada” em espaço de composição de um conjunto molecular do mundo de lipídios, exibida em três dimensões simplificadas. Um ponto na linha significa uma composição específica ao longo do eixo do tempo, de acordo com o qual as três coordenadas são quantidades de três diferentes tipos de moléculas. Um compossoma (fundo rosa) é um intervalo de tempo em que a composição permanece quase inal- terada, o que significa reprodução composicional.

Trinta anos depois, quando a estrutura do DNA foi decifrada, percebeu-se que essa molécula é capaz de realizar a autorreprodução, aparentemente solucionando o enigma da origem da vida sem recurso às gotículas de Oparin. Mas os críticos argumentaram que a vida exige não apenas replicadores, como também catalisadores enzimáticos para controlar o metabolismo. Decorreram mais 30 anos antes da descoberta de que o RNA, o principal componente na transferência de informação do DNA para proteínas, também pode ser uma enzima. Foi assim que nasceu o conceito de “Mundo de RNA”, de acordo com o qual a vida começou quando a sopa primordial originou uma ribozima, que pode simultaneamente se reproduzir e controlar o metabolismo.

Apesar disso, as dúvidas permaneceram, pois um ribossomo com capacidade de reprodução é uma molécula altamente complexa, com ínfima probabilidade de aparição espontânea na sopa. Isso conduziu
a um conceito alternativo – redes mutuamente catalisadoras, capazes de copiar conjuntos moleculares completos. Essa ideia reflete a combinação complexa em evolução de moléculas simples de Oparin, cada uma com alta probabilidade de surgir na sopa. Faltava gerar um modelo químico detalhado que ajudasse a fundamentar a narrativa.
O Prof. Doron Lancet e seus colegas do Departamento de Genética Molecular (Dept. of Molecular Genetics) do Instituto Weizmann de Ciência criaram esse modelo. Primeiro, foi necessário identificar
o tipo de moléculas apropriado que possa agregar e efetivamente formar redes de interações mútuas, em linha com as gotículas de Oparin. Lancet propôs lipídios, compostos oleosos que formam espontaneamente as membranas agregadas que delimitam todas as células vivas. Bolhas de lipídios (vesículas) podem crescer e se dividir tal como células vivas. Foi assim que Lancet gerou o conceito de “Mundo de lipídios” há duas décadas.
Para analisar as redes moleculares designadas, eles usaram ferramentas de biologia de sistemas e química computacional que permitiram incutir rigor no conceito um tanto efêmero de redes mutuamente catalisadoras.
Primeiro, abordaram em detalhe a pergunta importuna de como os conjuntos de lipídios podem armazenar e transmitir informação de uma geração que cresceu e se dividiu para outra. Encontraram uma noção raramente explorada até ao momento de que o que é transmitido são informações composicionais, e mostram como isso acontece através de simulações informáticas detalhadas. Além disso, indicaram uma semelhança profunda entre a cópia de composição e a maneira como as células vivas que crescem e proliferam preservam a sua informação epigenética, que depende da replicação do DNA.

Em um artigo recentemente publicado na Royal Society Interface, Lancet e seus colegas relataram uma análise sistemática da literatura, mostrando que os lipídios podem realizar catálise como as enzimas, de maneira semelhante aos ribossomos. Essa é uma propriedade fundamental para a formação das redes de interação mútua. Subsequentemente, os autores mostram, através do uso de ferramentas de biologia de sistemas e química computacional, que as gotículas oleosas podem acumular e armazenar informações composicionais e que, ao serem submetidas ao processo de fissão, transmitem a informação à descendência.
Com base no modelo informático que desenvolveram, os cientistas demonstraram que composições de lipídios específicas, designadas “compossomas”, podem sofrer mutações na sua composição, ser sujeitas à seleção natural em resposta a mudanças ambientais e podem mesmo ser submetidas à seleção darwiniana. O Prof. Lancet comenta que esse sistema de informação, baseado em composições e não na sequência de “letras” químicas como o DNA, remonta ao domínio da epigenética, onde os traços são herdados de maneira independente da sequência de DNA. Isso confere credibilidade à suposição dos cientistas de que a vida poderia surgir antes da chegada do DNA e do RNA. Na realidade, eles retratam no artigo um caminho químico que conduz à aparição de material genético no contexto das gotículas oleosas.

O conceito de “Mundo de lipídios” de Lancet está associado à questão de ter havido ou não moléculas hidrofóbicas oleosas em quantidade suficiente na sopa primordial. Os cientistas também descrevem uma pesquisa literária exaustiva, de acordo com a qual existe uma elevada probabilidade de as moléculas estarem presentes no período inicial da Terra. Essa conclusão foi apoiada por um estudo muito recente que mostra que Encélado, uma das luas de Saturno, tem um oceano subglacial (oceano primordial) repleto com compostos hidrofóbicos, alguns dos quais poderiam formar gotículas semelhantes às do “Mundo de lipídios”. O Prof. Lancet afirma que essas constatações, juntamente com cálculos baseados em modelos inovadores, mostram que a probabilidade do surgimento da vida é relativamente alta, inclusive a possibilidade empolgante de que a Encélado abriga atualmente algumas formas de vida primárias baseadas em lipídios.

 

O Prof. Lancet é responsável pela Cadeira Professoral Ralph D. e Lois R. Silver de Genômica Humana.

Science Tips 98 – Abordagem combinada oferece esperança a pacientes com câncer de pulmão

Abordagem combinada oferece esperança a pacientes com câncer de pulmão que desenvolvam resistência a medicamentos

O câncer de pulmão é a causa mais comum de morte por malignidade, o que corresponde aproximadamente a um quinto das mortes por câncer em todo o mundo, segundo a estimativa da Organização Mundial da Saúde. Os novos medicamentos tratam subtipos específicos desse câncer ao serem direcionados para as mutações genéticas características de cada subtipo.

Resposta ao tratamento em células cancerosas: A abundância de receptores de EGFR (linha superior) e HER2 (linha inferior) é reduzida quando as células são expostas à terapia tripla – Tagrisso, Erbitux e Herceptin (coluna à direita) e aos dois anticorpos, Erbitux e Herceptin (se- gundo a partir da coluna à direita), mas não quando são expostas apenas ao Tagrisso (segunda coluna a partir da esquerda) ou a nenhuma terapia (coluna à esquerda).

Em média, em cerca de 12% dos pacientes com câncer de pulmão – a maioria não fumadora – a malignidade resulta de uma mutação em um gene designado EGFR. Esse gene codifica um receptor localizado na membrana celular. A “cabeça”, a parte exterior na superfície celular, se liga a um fator de crescimento que transmite um sinal de crescimento à célula; as “pernas”, a parte localizada no interior da célula, funciona como uma enzima que transmite o sinal ao núcleo celular. A mensagem de crescimento do EGFR estimula a divisão celular, o que normalmente atende a uma finalidade desejável – por exemplo, ajudar tecidos a cicatrizar – mas uma mutação na parte interna do receptor pode provocar a divisão descontrolada da célula, originando câncer.

É possível ajudar pacientes com a mutação do EGFR por meio de pequenas moléculas conhecidas como inibidores da quinase, que bloqueiam a mutação, impedindo que o EGFR gere um sinal de divisão descontrolada. Esses medicamentos funcionam muito melhor do que a quimioterapia: são mais eficazes e causam menos efeitos secundários, e podem ser tomados em comprimidos ao invés de injeções. O problema é que, em aproximadamente 10 a 14 meses, muitos dos pacientes desenvolvem uma mutação secundária no EGFR. Isso causa a recidiva dos tumores, pois permite que o EGFR contorne o inibidor da quinase.

Em 2015, um novo inibidor de quinase conhecido pelo nome comercial Tagrisso, que bloqueia essa secunda mutação, foi aprovado para uso clínico nos casos em que o tumor de pulmão cresce novamente.

O Tagrisso ajuda, mas geralmente não por muito tempo. De novo, em aproximadamente 10 a 14 meses, uma terceira mutação ou outras alterações surgem no gene EGFR, causando outra recidiva.

“Isso, claro, é um pesadelo para os pacientes, suas famílias e médicos”, afirma o Prof. Yosef Yarden, do Departamento de Regulação Biológica. “Desenvolvemos uma nova abordagem que funciona em camundongo e pode ajudar a aliviar essa situação frustrante caso seja comprovado que o nosso método funcione em humanos.”

Em colaboração com médicos do Centro Médico Chaim Sheba em Tel Hashomer, Israel, a equipe de Yarden experimentou uma terapia combinada. Foi administrado Tagrisso e um medicamento que bloqueia o EGFR na superfície celular a camundongos implantados com células de câncer de pulmão humanas. Esse medicamento foi o Erbitux, um anticorpo que se liga à parte exterior do EGFR, impedindo que a célula receba a mensagem de crescimento. O Tagrisso que os camundongos receberam funciona dentro da célula, impedindo que a parte interna do EGFR, a quinase estimuladora do crescimento, retransmita o sinal de crescimento.

Essa tentativa original de uma terapia combinada tinha sido malsucedida, provavelmente porque quando o EGFR é bloqueado na superfície da célula, ele chama um “parente” próximo, um receptor chamado HER2, para surgir na membrana celular. Portanto, no novo estudo, os pesquisadores administraram aos camundongos uma terapia combinada tripla que, além do Tagrisso, incluía dois anticorpos ao invés de um: o Erbitux e um medicamento chamado Herceptin, que bloqueia o HER2.

Dessa vez, a abordagem funcionou. Os tumores reduziram consideravelmente e não cresceram novamente durante a administração do tratamento combinado triplo aos camundongos. O uso dessa abordagem em pacientes humanos deve ser facilitado pelo fato de ambos os anticorpos serem medicamentos já aprovados para uso contra outros cânceres: o Erbitux é usado no câncer colorretal e o Herceptin no câncer de mama.

“Caso seja confirmado em humanos, a nova terapia combinada pode ajudar a prolongar a vida de diversos milhares de pacientes com câncer de pulmão que atualmente desenvolvem resistência aos inibidores de quinase”, afirma Yarden.

A equipe de pesquisa incluiu a Dra. Donatella Romaniello, Luigi Mazzeo, Dr. Maicol Mancini, Dra. Ilaria Marrocco, Ashish Noronha, Matthew Kreitman, Dra. Swati Srivastava, Dra. Soma Ghosh e Dra. Moshit Lindzen do Departamento de Regulação Biológica, bem como o Dr. Tomer Meir Salame do Departamento de Ciências da Vida (Life Sciences Core Facilities Department). Os cientistas do Instituto Weizmann colaboraram com os Drs. Amir Onn e Jair Bar, médicos do Centro Médico Sheba.

 

A investigação do Prof. Yosef Yarden é apoiada pela Fundação de Investigação Médica Dra. Miriam e Sheldon G. Andelson (Dr. Miriam and Sheldon G. Andelson Medical Research Foundation); o Instituto de Pesquisa de Terapias para o Câncer Dwek (Dwek Institute for Cancer Therapy Research), presidida por ele; Rising Tide; o Laboratório de Pesquisa sobre Câncer Marvin Tanner (Marvin Tanner Laboratory for Research on Cancer; o Fundo Familiar Comisaroff (Comisaroff Family Trust); e o Conselho Europeu de Pesquisa (European Research Council). O Prof. Yarden é responsável pela Cadeira Professoral Harold e Zelda Goldenberg de Biologia Celular e Molecular.

 

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