Cientistas rastreiam as primeiras mudanças físicas nas células que causam câncer

Quando o câncer é diagnosticado, já existem muitos eventos por trás dele nos níveis celular e molecular que passaram despercebidos. Embora o câncer seja classificado em estágios iniciais e tardios para fins clínicos, mesmo um tumor em estágio “inicial” é o resultado de muitas alterações anteriores no corpo que eram indetectáveis.

Agora, cientistas da Escola de Medicina da Universidade de Yale (YSM) e seus colegas obtiveram uma compreensão detalhada de algumas dessas mudanças iniciais, usando microscopia poderosa de alta resolução para rastrear as primeiras mudanças físicas que causam câncer nas células da pele de camundongos..

Ao estudar ratos que carregam uma mutação que promove o desenvolvimento de câncer nos folículos capilares, os cientistas descobriram que os primeiros sinais de formação de câncer ocorrem em um momento e local específicos no crescimento dos folículos capilares dos ratos. Além do mais, eles descobriram que essas alterações pré-cancerosas podem ser bloqueadas com medicamentos conhecidos como inibidores de MEK.

A equipe foi liderada por Tianchi Xin, Ph.D., pós-doutorado no Departamento de Genética do YSM, e incluiu Valentina Greco, Ph.D., professora de genética do YSM e membro do Yale Cancer Center e do Centro de Células-Tronco de Yale, e Sergi Regot, Ph.D., professor assistente de biologia molecular e genética na Escola de Medicina Johns Hopkins.

Os resultados de sua pesquisa foram publicados na revista Nature Cell Biology.

Cientistas estudaram ratos que desenvolveram carcinoma espinocelular cutâneo, o segundo tipo mais comum de câncer de pele em humanos. Esses camundongos foram geneticamente modificados para terem uma mutação promotora de câncer no gene KRAS, que é um dos oncogenes mais comumente mutados em cânceres humanos. Mutações KRAS também foram encontradas em cânceres de pulmão, pâncreas e colorretal.

As primeiras mudanças que os cientistas estudaram incluíram o crescimento de uma pequena protuberância anormal no folículo piloso, que é classificada como uma anormalidade pré-cancerosa. “Compreender estes eventos iniciais pode ajudar-nos a desenvolver abordagens para prevenir a formação de cancro”, disse Xin, primeiro autor do estudo.

Embora o estudo tenha se concentrado no câncer de pele, os pesquisadores acreditam que os princípios que descobriram poderiam ser aplicados a muitos outros tipos de câncer causados por mutações no KRAS, porque os principais genes e proteínas envolvidos são os mesmos em diferentes tumores.

Mais do que apenas proliferação celular Tanto em humanos quanto em camundongos, os folículos capilares estão em constante crescimento, eliminando pelos velhos e formando novos. As células-tronco, que têm a capacidade de se transformar em diferentes tipos de células, desempenham um papel importante nesse processo de renovação. Estudos anteriores mostraram que as mutações do KRAS levam ao aumento da proliferação de células-tronco nos folículos capilares, e acredita-se que esse aumento significativo no número de células-tronco seja responsável pela lesão pré-cancerosa do tecido.

KrasG12D causa deformações teciduais específicas espaço-temporais durante a regeneração do folículo piloso.
a. Esquema da abordagem genética para induzir KrasG12D em células-tronco de folículos capilares usando o sistema Cre-LoxP (TAM) induzido por tamoxifeno.
b. Diagrama mostrando o tempo de indução e reimagem de KrasG12D em relação aos estágios do ciclo de crescimento do cabelo.
c. Imagens representativas de folículos capilares em repouso e crescimento de tipo selvagem contendo o repórter indutível Cre tdTomato (Magenta) após a indução.
d. Imagens representativas de folículos capilares controle e KrasG12D em diferentes estágios do ciclo de crescimento capilar. A deformação do tecido na forma de tubérculos na bainha radicular externa (ORS) é indicada pela linha pontilhada vermelha.
e. Proporção de folículos capilares KrasG12D com deformação tecidual em diferentes estágios de crescimento do folículo capilar.
f. Proporção de deformações teciduais ocupando as porções superior, inferior e bulbosa do SRO para folículos capilares KrasG12D individuais.
Fonte: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Para testar esta hipótese, a equipe usou uma forma especialmente desenvolvida de KRAS mutante que poderia ser ativado em momentos específicos nas células da pele dos folículos capilares de animais. Xin e seus colegas usaram uma técnica de microscopia conhecida como imagem intravital, que permite imagens de alta resolução de células em um corpo vivo e marca e rastreia células-tronco individuais em animais.

Quando a mutação KRAS foi ativada, todas as células-tronco começaram a proliferar mais rapidamente, mas a protuberância pré-cancerosa só se formou em um local específico do folículo piloso e em um estágio de crescimento, o que significa que o aumento geral no número de células provavelmente foi essa não é a história toda.

A ativação da mutação KRAS nos folículos capilares resultou na proliferação mais rápida de células-tronco, alterando seus padrões migratórios e dividindo-se em direções diferentes em comparação com células sem a mutação promotora do câncer.

A mutação afeta uma proteína conhecida como ERK. Xin conseguiu observar a atividade da ERK em tempo real em células-tronco individuais de animais vivos e descobriu uma alteração específica na atividade dessa proteína causada pela mutação KRAS. Os pesquisadores também conseguiram impedir a formação de uma protuberância pré-cancerosa usando um inibidor de MEK, que bloqueia a atividade de ERK.

A droga interrompeu os efeitos da mutação na migração e orientação celular, mas não na proliferação geral de células-tronco, o que significa que a formação da condição pré-cancerosa se deve a essas duas primeiras alterações e não ao aumento da proliferação celular.

Mudanças pré-cancerosas no contexto Acompanhar os efeitos de uma mutação oncogênica em tempo real em um organismo vivo é a única maneira pela qual os pesquisadores conseguiram descobrir esses princípios. Isto é importante porque o cancro não se forma no vácuo – é altamente dependente do seu microambiente para crescer e manter-se. Os cientistas também precisavam rastrear não apenas o comportamento de células individuais, mas também as moléculas dentro dessas células.

"A abordagem que adotamos para compreender esses eventos oncogênicos é realmente uma questão de conexão entre escalas", disse Greco. "A estrutura e as abordagens que o Dr. Xin utilizou em colaboração com o Dr. Regot permitiram-nos descer aos elementos moleculares, ligando-os à escala celular e tecidual, o que nos dá uma resolução para estes eventos que é tão difícil de alcançar fora o organismo vivo."

Os pesquisadores agora querem acompanhar o processo durante um período de tempo mais longo para ver o que acontece após a formação do impacto inicial. Eles também querem estudar outros eventos oncogênicos, como a inflamação, para ver se os princípios que descobriram se aplicam a outros contextos.