BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR DO CÂNCER

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1 40 CONGRESSO BRASILEIRO DE ANÁLISES CLÍNICAS FLORIANÓPOLIS, 16 DE JUNHO DE 2013 (11:00 11:45H) BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR DO CÂNCER PROF.DR. PAULO CESAR NAOUM ACADEMIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÀO JOSÉ DO RIO PRETO,SP OS SLIDES DESSA AULA JÁ ESTÃO DISPONÍVEIS NO SITE

2 *TODO TIPO DE CÂNCER TEM ORIGEM GENÉTICA *95% TEM CAUSAS ADQUIRIDAS DO MEIO AMBIENTE E DO ESTILO DE VIDA *5% DOS CÂNCERES SÃO HEREDITÁRIOS *OS GENES AFETADOS POR MUTAÇÕES INDUZIDAS OU HEREDITÁRIAS SÃO OS ONCOGENES E OS SUPRESSORES *OS GENES AFETADOS DESREGULAM A REPRODUÇÃO CELULAR (TORNANDO-A DESCONTROLADA) OU TEMPO DE VIDA (TORNANDO-A PROLONGADA). Crescimento de células tumorais (azul)

3 AS ORIGENS GENÉTICAS DO CÂNCER Oncogene Supressor ou antioncogene Mutação Mutação Quebra cromossômica Normal Oncogene inativo Anormal por mutação no proto-oncogene Anormal por mutação no supressor ou antioncogene Anormal por quebra de cromossomo e deslocamento do gene supressor para outro cromossomo Oncogene ativo NÃO HÁH CÂNCER Origem do câncer

4 AS PRINCIPAIS CAUSAS RELACIONADAS À INDUÇÃO DO CÂNCER ADQUIRIDO SÃO: 35% POR DIETA RICA EM GORDURAS TRANS E SATURADA, NITROSAMINAS, ALIMENTOS DEFUMADOS, CORANTES DE ALIMENTOS E ALIMENTOS TRATADOS COM AGROTÓXICOS. 30% POR AÇÃO DO ÁCIDO CARBÓLICO DO FUMO QUE, AO DESTRUIR AS MEMBRANAS DAS MUCOSAS POR ONDE PASSA A FUMAÇA, PERMITE QUE COMPONENTES QUÍMICOS ALCANCEM A CORRENTE SANGUÍNEA E AS CÉLULAS IRRIGADAS COM ESSES CONTAMINANTES PODEM SE TORNAREM TUMORAIS. 15% POR OBESIDADE, SITUAÇÃO QUE PROVOCA INFLAMAÇÕES CRÔNICAS COM DESGASTES DO SISTEMA IMUNOLÓGICO. 15% POR AGENTES INFECCIOSOS ( VIRUS E BACTÉRIAS). 05% POR RADIAÇÕES E POLUIÇÃO AMBIENTAL. Fonte: SCIENCE, 339 (6117): , Janeiro de 2013

5 CÂNCER NO BRASIL *ESTIMA-SE QUE NO BRASIL SURGEM NOVOS CASOS DE CÂNCER POR ANO. SE CONSIDERAMOS QUE A VIDA MÉDIA DE PACIENTES COM CÂNCER É DE 5 ANOS, É POSSÍVEL ESTIMAR QUE HÁ 2,5 MILHÕES DE PESSOAS COM CÂNCER EM NOSSO PAÍS, OU SEJA, CERCA DE UMA ENTRE CADA 80 PESSOAS TEM CÂNCER. Fonte: INCA (período )

6 CÂNCER NO BRASIL CÊRCA DE 50% ENTRE OS PROVÁVEIS 200 TIPOS DE CÂNCER ESTÃO RESTRITOS A CINCO TIPOS ESPECIFICAMENTE: 26% CÂNCER DE PELE NÃO MELANOMA 12% CÂNCER DE PRÓSTATA E 10% DE MAMA 6,0% CÂNCER DE COLON E RETO 5,5% CÂNCER DE TRAQUÉIA, BRONQUIO E PULMÃO 5,0% CÂNCER DE ESTÔMAGO Fonte: INCA (período )

7 A TODO MOMENTO MILHARES DE CÉLULAS DO NOSSO ORGANISMO SE MODIFICAM POR VÁRIAS RAZÕES: ENVELHECIMENTO TOXICIDADES INFECÇÕES, ETC. HETROGENIDADE MORFOLÓGICA DE CÉLULA TUMORAL EM REPRODUÇÃO

8 ENTRETANTO ESSA TENDÊNCIA DE MODIFICAÇÃO É ANULADA POR MEIO DE AÇÕES IMUNOLÓGICAS EFETUADAS POR MACRÓFAGOS, LINFÓCITOS CD4, CD8, CÉLULAS CD 45, E GRANULÓCITOS LINFÓCITOS CD8 ATACANDO CÉLULA TUMORAL

9 BEM COMO POR AÇÕES GENÉTICAS EFETUADAS POR ANTI-ONCOGENES (OU GENES SUPRESSORES) E MECANISMOS DE REPARO DO DNA MUTANTE.

10 QUANDO AS CÉLULAS TUMORAIS VENCEM AS RESISTÊNCIAS DOS MECANISMOS DE DEFESAS IMUNOLÓGICAS E DE REPAROS DE DNA ÉPOSSÍVEL QUE SE ELAS SE TORNEM RESISTENTES

11 POR PRODUZIREM ENZIMAS (PROTEASES SERINA E CISTEINA) QUE PROTEGEM AS SUAS MEMBRANAS CONTRA A VIGILÂNCIA IMUNOLÓGICA E CONTRA A AÇÃO DE VÁRIAS DROGAS QUIMIOTERÁPICAS. Fonte: Berth MH et al-proteases as targets for drug discovery.drug Discov Today, 6(8): , 2001

12 TRANSFORMAÇÃO DA CÉLULA NORMAL EM TUMORAL (TUMOR PRIMÁRIO) AS MODIFICAÇÕES QUE OCORREM SE DEVEM À CAPACIDADE DAS CÉLULAS TUMORAIS EM SE TRANSFORMAREM GENETICAMENTE E MORFOLOGICAMENTE DE FORMA LINEAR ( MONOCLONAL ) PLASMÓCITOS DO MIELOMA

13 OU RAMIFICADAS ( POLICLONAL) DIVERSIDADE DE CÉLULAS NA LMA-M4 A PROLIFERAÇÃO DESCONTROLADA DESSAS CÉLULAS CAUSAM DISTÚRBIOS TECIDUAIS TÍPICOS DE PROCESSOS INFLAMATÓRIOS

14 DESORGANIZANDO O EQUILÍBRIO DO MICRO- AMBIENTE CELULAR E ATRAINDO CÉLULAS IMUNOLÓGICAS PARA A REGIÃO DO CRESCIMENTO DO TUMOR.

15 PESQUISAS REALIZADAS SOBRE A INFILTRAÇÃO DE LEUCÓCITOS EM TUMORES PRIMÁRIOS MOSTRARAM QUE CINCO TIPOS DE CÉLULAS IMUNOLÓGICAS TEM ATIVIDADES IMPORTANTES NA CONTENÇÃO OU NA DESTRUIÇÃO DAS CÉLULAS TUMORAIS, COM AS SEGUINTES IMPORTANCIAS (valores médios): FONTE: CANCER RESEARCH, 70: 7465, 2010 LINFÓCITOS CD 4 26,6% MACRÓFAGOS 20,0% CÉLULAS CD 45 20,0% LINFÓCITOS CD 8 13,3% LINFÓCITOS B 11,6% GRANULÓCITOS 8,3%

16 MESMO COM TODA A VIGILÂNCIA IMUNOLÓGICA, AS CÉLULAS TUMORAIS TENTAM CONVENCER BIOLOGICAMENTE MACRÓFAGOS A TRABALHAREM PARA ELAS.

17 DESSE TRABALHO RESULTA A LIBERAÇÃO DE COMPOSTOS QUÍMICOS (MATRIZ METALOPROTEINASE-MMP1 E MMP2) QUE ASSOCIADAS AO ZINCO DESTROEM A MATRIZ EXTRACELULAR DO TECIDO CONJUNTIVO, FACILITANDO A NEOANGIOGESE EM DIREÇÃO AO TUMOR E A POSSIBILIDADE DE CÉLULAS TUMORAIS SE DESLOCAREM PARA OUTROS ÓRGÃOS, FATO QUE ORIGINA A METÁSTASE. Fonte: Saad S et al-induction of MMP1 and MMP2 by culture of breast cancer cells. Breast Cancer Research Treat, 63(2): ,2000.

18 GÊNESE DO CÂNCER MODIFICAÇÃO CELULAR RESISTÊNCIA AOS BLOQUEIOS NATURAIS CONTINUIDADE DA MODIFICAÇÃO CELULAR FORMAÇÃO DO TUMOR PRIMÁRIO TODO ESSE PROCESSO PODE EVOLUIR ENTRE 20 E 30 ANOS, ENTRETANTO ESSE TEMPO PODE SER ABREVIADO QUANDO SITUAÇÕES CUMULATIVAS SE ASSOCIAM, POR EXEMPLO, DEFICIÊNCIA IMUNOLÓGICA + FUMO + OBESIDADE + FALTA DE CUIDADOS PREVENTIVOS.

19 CIS- Carcinoma in situ CINintraepitelia l DCISducto in situ AS MÚLTIPLAS ETAPAS DO CÂNCER RELACIONADAS COM O TEMPO DE DESENVOLVIMENTO DA DOENÇA

20 AS PRINCIPAIS PERGUNTAS SOBRE O CÂNCER POR QUE HÁ GRANDES DIFICULDADES EM SE CONHECER A GENÉTICA DO CÂNCER? POR QUE PARA UM MESMO TIPO DE CÂNCER, AS RESPOSTAS AOS TRATAMENTOS SÃO DIVERSAS?

21 UM NÚMERO INDETERMINADO DE MICRORGANISMOS, SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS E RADIOATIVAS PROVENIENTES DO MEIO AMBIENTE, ASSIM COMO ESTILO DE VIDA (TABAGISMO, ALCOOL, DIETA, HIGIÊNE) PODEM CAUSAR MUTAÇÕES EM GENES COM TENDÊNCIA TUMORAL (ONCOGENES) OU NOS GENES SUPRESSORES.

22 POR QUE HÁ DIFICULDADES EM ANALISAR OS GENES CAUSADORES DE TUMORES? UMA PESQUISA REALIZADA EM 3284 TUMORES PROVENIENTES DE CÊRCA DE 200 DIFERENTES TIPOS DE CÂNCER MOSTROU AS SEGUINTES CONCLUSÕES: INÍCIO DO DESENVOLVIMENTO TUMORAL

23 HÁ MUTAÇÕES CAUSADORAS DE CÂNCER E AS MESMAS ESTÃO DISTRIBUIDAS ENTRE 125 GENES MUT-DRIVERS, OU SEJA, GENES QUE DIRECIONAM OS TIPOS DE CÂNCER. HÁ TAMBÉM OS GENES EPI- DRIVERS QUE SÃO AQUELES INFLUENCIADOS PELO MEIO AMBIENTE E ESTILO DE VIDA. MAS ESSES AINDA NÃO FORAM ADEQUADAMENTE IDENTIFICADOS. VÁRIOS GENES NO CROMOSSOMO 7 FONTE: SCIENCE, 339 (6127), , MARÇO DE 2013

24 AS EVIDÊNCIAS GENÉTICAS MOSTRAM QUE *HÁ TUMORES SÓLIDOS COM 33 A 66 MUTAÇÕES (EX: COLON, MAMA,CEREBRO E PÂNCREAS). *HÁ OUTROS COM MAIS DE 100 MUTAÇÕES (EX: PULMÃO E MELANOMA).

25 FOTO OBTIDA DE

26 A MAIORIA DOS TUMORES PRIMÁRIOS PODEM SER DETECTADOS POR MARCADORES TUMORAIS E POR DIAGNÓSTICO DE IMAGENS EM SUA FASE INICIAL, ENTRETANTO, NEM SEMPRE ESSE TIPO DE AVALIAÇÃO PRECOCE É POSSÍVEL.. AMBAS TECNOLOGIAS ESTÃO CADA VEZ MAIS SENSÍVEIS, PORÉM É NECESSÁRIO UM CONSENSO CIENTÍFICO E MÉDICO PARA PADRONIZAR A MELHOR FORMA DE UTILIZAÇÃO DESSAS TECNOLOGIAS.

27 RELAÇÃO DE MARCADORES TUMORAIS PARA ALGUNS TIPOS DE CÂNCER

28 POR OUTRO LADO AS TECNOLOGIAS MOLECULARES ESTÃO SENDO DESENVOLVIDAS PARA EXPLICAREM: 1- AS ORIGENS DOS TUMORES 2- OS DIAGNÓSTICOS PRECISOS DE SUAS LESÕES 3- AS CONSEQUÊNCIAS DA MUTAÇÃO PARA CADA TIPO DE TUMOR 4- OS ALVOS MOLECULARES ESPECÍFICOS PARA A AÇÃO DAS DROGAS TERAPÊUTICAS.

29 RELAÇÕES COMPROVADAS ENTRE ALTERAÇÕES MOLECULARES E CÂNCER O BRCA-1(Breast Cancer-1) É UM GENE SUPRESSOR DE TUMOR. A DIMINUIÇÃO DE SUA ATIVIDADE DEVIDO À MUTAÇÃO ESTÁ RELACIONADA COM VÁRIOS TIPOS DE TUMORES, DOS QUAIS O MAIS ESTUDADO É O DE MAMA, MAS TAMBÉM OUTROS TUMORES ESTÃO RELACIONADOS COM SUA MUTAÇÃO, PRO EXEMPLO: TUMORES DE OVÁRIO, ÚTERO E FÍGADO.

30 AS QUATRO MOLÉCULAS DA FAMA NO CONHECIMENTO DO CÂNCER 1-KINASES (TIROSINA KINASE)- 2-GENES RAS- 3-CASPASES - 4-PROTEINA P 53-

31 1-KINASES (TIROSINA KINASES)- Fosforilam receptores celulares induzindo a ativação reprodutiva das células (ex:receptor BCR/ABL da LMC).

32 2-GENES RAS- Estão envolvidos em 50% dos cânceres. Atuam como reguladores na rota de transmissão de sinais para proliferação, apoptose,etc).

33 3-CASPASES Grupo de enzimas que atuam em várias reações celulares. (Cysteine Asparagine Poteases)- Atuam na indução da morte celular. 4- PROTEINA P 53 Atua como sensor de estresse biológico da célula, induzindo-a à morte (apoptose) ou regenerando-a molecularmente. Ver figura das atuações das Caspases e Proteina P 53 no próximo slide

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35 A IMPORTÂNCIA DE SE DETECTAR MUTAÇÕES NO GENE P 53 Gene P 53 que produz a Proteina P 53 é um gene supressor de tumor. Qualquer alteração celular faz com que esse gene sintetize a Proteina P 53 para induzir a apoptose (morte celular) ou, então, reconstituir biologicamente os efeitos da lesão (ver o próximo slide).

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37 A IMPORTÂNCIA DE SE DETECTAR MUTAÇÕES NO GENE P 53 Quando o gene P 53 sofre alguma mutação, a proteina P 53 não funciona adequadamente e, nessa situação, ocorrem as origens de vários tumores (ver próximo slide).

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39 CÂNCER FAMILIAR POR MUTAÇÃO NO GENE P 53 DAS CÉLULAS GERMINAIS (Sindrome de Li-Fraumeni) Câncer de : mama, pulmão, glioblastoma, sarcoma, tumor de Wilms leucemia

40 A IMPORTÂNCIA DO GENE HER- 2 (ou Erb B2) NO CÂNCER DE MAMA GENE HER-2 É UM PROTO-ONCOGENE QUE CODIFICA UMA GLICOPROTEINA COM A ATIVIDADE DE TIROSINA KINASE (TK). A TK PROMOVE A FOSFORILAÇÃO DA TIROSINA QUE INDUZ A SINALIZAÇÃO BIOLÓGICA PARA A CÉLULA SE REPRODUZIR. QUANDO O GENE HER-2 SOFRE MUTAÇÃO, OCORRE SUA HIPER-EXPRESSÃO, COM INDUZ INCONTROLAVELMENTE A REPRODUÇÃO CELULAR E, CONSEQUENTEMENTE, OA FORMAÇÃO DO TUMOR PRIMÁRIO.

41 PROTEINAS RECEPTORAS DA FAMÍLIA HER E A FORMA DE SUA AÇÃO SINALIZADORA PARA A CÉLULA SE REPRODUZIR

42 ILUSTRAÇÃO ESQUEMÁTICA DO QUE É UMA MUTAÇÃO NO GENE HER-2 E SUA SUPER-EXPRESSÃO

43 REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO RECEPTOR HER-2 NUMA CÉLULA

44 A ATIVAÇÃO DA PROTEINA HER-2 FAZ COM QUE ELA SE JUNTE A OUTRA HER-2 (HOMODÍMERO) OU COM HER-1 E HER-3 (HETERODÍMEROS)- DANDO INÍCIO À SINALIZAÇÃO PARA A REPRODUÇÃO CELULAR

45 A JUNÇÃO DAS PROTEINAS HER-2 COM HER-1, POR EXEMPLO, POSSIBILITA A LIGAÇÃO COM O FATOR DE CRESCIMENTO CELULAR (EGFR), DESENCADEANDO A SINALIZAÇÃO PARA A REPRODUÇÃO CELULAR

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48 ASSOCIAÇÃO ENTRE CITOPATOLOGIA E BIOLOGIA MOLECULAR NO GENE HER 2 DO CÂNCER DE MAMA A HIPER-EXPRESSÃO (OU AMPLIFICAÇÃO) DO GENE HER-2 É PREVALENTE EM 25 A 30% DAS PACIENTES COM CÂNCER DE MAMA. OBSERVAR QUE QUANTO MAIS AMPLIFICADO ESTIVER O DNA DO GENE HER 2, MAIORES TAMBÉM SERÃO AS CONCENTRAÇÕES DE RNA E DA PROTEINA HER 2. NA HISTOQUÍMICA TAMBÉM HÁ CORRELAÇÃO DIRETA ENTRE O GENE HER 2 AMPLIFICADO E O AUMENTO DO TECIDO TUMORAL

49 INTENSIDADE DO GENE HER-2 E SUAS CONSEQUÊNCIAS NA PRODUÇÃO DE CÉLULAS TUMORAIS

50 A ASSOCIAÇÃO DOS CONHECIMENTOS MOLECULARES E DE IMUNOLOGIA TEM POSSIBILITADO O DESENVOLVIMENTO DE DROGAS COM ALVOS ESPECÍFICOS PARA O TRATAMENTO DE TUMORES. UM DOS EXEMPLOS DE SUCESSO É O TRASTUZUMAB(OU HERPCITINA). ESSE ANTICORPO MONOCLONAL SE LIGA NO ESPAÇO MOLECULAR DA PROTEINA HER-2 IMPEDINDO-A DE DESENCADEAR A SINALIZAÇÃO PARA A REPRODUÇÃO CELULA E FORMAÇÃO DE CÉLULAS TUMORAIS (ver slide seguinte).

51 Junção do Trastuzumab (anticorpo monoclonal) com o receptor HER2 Bloqueio da fosforilação da tirosina kinase que seria feito pelo HER2

52 REFERÊNCIAS CONSULTADAS (além das que foram citadas no texto): -Kilpivaara O, Aaltonen LA- Diagnostic cancer genome.sequencing and the contribution of germline variants. Science, vol 339, pg: , McLeod HL- Cancer pharmacogenomics:early promise, but concentred effort needed. Science, vol 339, pg , Naoum PC, Naoum FA- Câncer: Por que eu? Ed.AllPrint, São Paulo, 215pg, Pecorino L- Molecular biology of cancer. Oxford University Press, 3 rd edition, 342 pg, Suva ML, et al- Epigenetic reprogramming in cancer. Science, 339,pg , Weinbèrg RA- The biology of cancer. Garland Science-Taylor&Francis Group, 796pg, 2007.

53 Agradecimentos: À Comissão organizadora do 40 Congresso Brasileiro de Análises Clínicas À Profa.Ms. Alia Naoum pela dedicação em fazer o filme do câncer para este congresso Aos colegas aqui presentes Ao pessoal de apôio (aqui desta sala) Os slides dessa aula estão disponíveis no site: OBRIGADO PELA ATENÇÃO!

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