Cientistas detectam as primeiras alterações físicas nas células que causam cancro

Quando o câncer é diagnosticado, muitos eventos nos níveis celular e molecular já estão ocorrendo sem que percebamos. Embora o câncer seja classificado em estágios inicial e avançado para fins clínicos, mesmo um tumor em estágio "inicial" é o resultado de muitas alterações anteriores no corpo que eram indetectáveis.

Agora, cientistas da Faculdade de Medicina da Universidade de Yale (YSM) e seus colegas obtiveram informações detalhadas sobre algumas dessas mudanças iniciais, usando microscopia de alta resolução para rastrear as primeiras mudanças físicas causadoras de câncer em células da pele de camundongos.

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

A equipe foi liderada por Tianchi Xin, PhD, pesquisador associado do Departamento de Genética do YSM, e incluiu Valentina Greco, PhD, professora de genética no YSM e membro do Yale Cancer Center e do Yale Stem Cell Center, e Sergi Regot, PhD, professor associado de biologia molecular e genética na Johns Hopkins School of Medicine.

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

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

As alterações iniciais estudadas pelos cientistas incluíram o crescimento de uma pequena protuberância anormal no folículo piloso, classificada como uma anormalidade pré-cancerosa. "Compreender esses eventos iniciais pode nos ajudar a desenvolver abordagens para prevenir a formação do câncer", disse Xin, o primeiro autor do estudo.

Embora o estudo se concentre no câncer de pele, os pesquisadores acreditam que os princípios descobertos podem ser aplicados a muitos outros tipos de câncer causados por mutações no KRAS, porque os principais genes e proteínas envolvidos nesses processos são os mesmos em todos os tumores.

Mais do que apenas proliferação celular: Tanto em humanos quanto em camundongos, os folículos capilares estão em constante crescimento, eliminando fios antigos e formando novos. As células-tronco, que têm a capacidade de se desenvolver em diferentes tipos de células, desempenham um papel importante nesse processo de renovação. Estudos anteriores demonstraram que mutações no gene KRAS levam ao aumento da proliferação de células-tronco nos folículos capilares, e acredita-se que esse grande aumento de células-tronco seja responsável pela doença do tecido pré-canceroso.

KrasG12D induz deformações teciduais específicas espaço-temporais durante a regeneração do folículo piloso.
A. Esquema da abordagem genética para induzir KrasG12D em células-tronco do folículo piloso usando o sistema Cre-LoxP induzível por tamoxifeno (TAM).
B. Esquema mostrando o momento da indução e reimagem de KrasG12D em relação aos estágios do ciclo capilar.
C. Imagens representativas de folículos pilosos quiescentes e em crescimento do tipo selvagem contendo o repórter tdTomato (Magenta) induzível por Cre após a indução.
D. Imagens representativas de folículos pilosos controle e KrasG12D em diferentes estágios do ciclo capilar. A deformação do tecido como tubérculos na bainha radicular externa (ORS) é indicada pela linha pontilhada vermelha.
E. Proporção de folículos pilosos KrasG12D com deformação do tecido em diferentes estágios do crescimento do folículo piloso.
F. Proporção de deformações teciduais que ocupam as partes superior, inferior e bulbosa do SRO para folículos pilosos KrasG12D individuais.
Fonte: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Para testar essa ideia, a equipe utilizou uma forma especialmente projetada de KRAS mutado, que poderia ser ativada em momentos específicos nas células da pele dos folículos capilares dos animais. Xin e seus colegas utilizaram uma técnica de microscopia conhecida como imagem intravital, que permite obter imagens de alta resolução das células in vivo e marcar e rastrear células-tronco individuais nos animais.

Quando a mutação KRAS foi ativada, todas as células-tronco começaram a proliferar mais rápido, mas o nódulo pré-canceroso se formou apenas em um local específico no folículo piloso e em um estágio de crescimento, o que significa que o aumento geral no número de células provavelmente não foi toda a história.

A ativação da mutação KRAS nos folículos capilares resultou em células-tronco proliferando mais rapidamente, alterando seus padrões de migração e se dividindo em direções diferentes em comparação às células sem a mutação promotora de câncer.

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

O medicamento interrompeu os efeitos da mutação na migração e orientação das células, mas não na proliferação geral das células-tronco, o que significa que a formação da condição pré-cancerosa é motivada por essas duas primeiras alterações, e não pelo aumento da proliferação celular.

Alterações Pré-cancerosas no Contexto: Rastrear os efeitos de uma mutação oncogênica em tempo real em um organismo vivo é a única maneira pela qual os pesquisadores conseguiram desvendar esses princípios. Isso é importante porque os cânceres não se formam no vácuo — eles dependem fortemente de seu microambiente para crescer e se manter. 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 baseia-se, na verdade, na conexão entre escalas", disse Greco. "A estrutura e as abordagens utilizadas pelo Dr. Xin e pelo Dr. Regot nos permitiram ir até os elementos moleculares, conectando-os à escala celular e tecidual, proporcionando-nos uma resolução desses eventos tão difícil de ser alcançada fora de um organismo vivo."

Os pesquisadores agora querem acompanhar o processo por um período mais longo para ver o que acontece após a formação da protuberância inicial. Eles também querem estudar outros eventos oncogênicos, como inflamação, para verificar se os princípios que descobriram se aplicam a outros contextos.