Lyria Mori Departamento de Biologia, Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo B I O L O G I A M O L E C U L A R

Transcrição

1 Conhecido há milênios, o câncer termo que abrange muitas doenças cuja característica básica é a proliferação descontrolada de células é hoje um dos principais males que afligem a humanidade. As descobertas que permitiram compreender a origem genética dessa patologia compõem um importante capítulo da história da ciência e da medicina. Nas últimas décadas, as pesquisas sobre as alterações genéticas que levam ao câncer avançaram muito, mas a doença ainda faz grande número de vítimas em todo o mundo. Agora, o conhecimento cada vez mais rápido do genoma humano poderá mudar esse quadro: a identificação dos genes mutantes das células tumorais facilitará o desenvolvimento de medicamentos e terapias. Lyria Mori Departamento de Biologia, Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo 32 CIÊNCIA HOJE vol. 30 nº 180

2 Mutação e câncer FOTO AGÊNCIA KEYSTOCK Câncer é a quarta constelação do zodíaco, um signo astrológico de aspecto desorganizado (os tumores). Sabemos ou uma patologia com chances crescentes de cura? hoje que as células de um tumor descendem de uma As três opções estão corretas. Então, como o nome só célula que, em determinado momento, em função de um grupo de estrelas foi dado a um mal que atinge de alterações (mutações) em seu material genético milhões de pessoas a cada ano? Para entender isso, (DNA), passou a se reproduzir de modo descontrolado, transmitindo essas modificações às suas des- é preciso lembrar que a palavra latina cancer significa caranguejo o símbolo do signo astrológico das cendentes (as células-filhas). pessoas nascidas entre 21 de junho e 21 de julho. Esse termo foi associado à doença porque o médico As primeiras teorias sobre o câncer grego Hipócrates, por volta do ano 400 a.c., comparou as veias que irradiam a partir de alguns tumores Em 1663, o inglês Robert Hooke ( ), um de mama às pernas de um caranguejo. Ele deu à homem interessado em variadas áreas da ciência, da moléstia o nome de karkinoma (carcinoma), palavra astronomia à biologia, descobriu que os tecidos vivos apresentavam agregados de pequenas estrutu- grega que também significa caranguejo, e a mesma associação chegou ao latim. ras, que chamou de células. Mais Embora isso mostre que a doença já era conhecida pelo chamado quisadores, em especial o patolo- de 200 anos depois, outros pes- pai da medicina, a natureza dos gista alemão Rudolph Virchow cânceres estava muito longe de ( ), confirmaram essa ser compreendida. Apenas nas descoberta. Virchow, depois de últimas décadas, mais de dois perceber a natureza herdável de milênios depois, os mecanismos uma célula neoplásica (ou seja, envolvidos no desenvolvimento dos tumores começaram a ser da teoria celular em 1885, ao afir- de um câncer), estabeleceu a base desvendados. mar, durante uma conferência Câncer é uma só doença e ao em latim: omnis cellula e cellula mesmo tempo mais de uma centena de doenças. A característica outra célula preexistente. ou seja, toda célula surge de que unifica todas essas patologias é a proliferação descontrola- o cientista destacou que os com- Para explicar essa afirmativa, da das células, levando a tecidos ponentes celulares de um câncer4 março de 2002 CIÊNCIA HOJE 33

3 metastásico (capaz de liberar células que formarão tumores em outras partes do organismo) assemelham-se aos do tumor primário, como se fossem aparentados. Ele estava correto, e a partir daí foi fácil deduzir que as células tumorais surgem de células normais que de alguma forma são modificadas e, além disso, conseguem transmitir essas modificações às células-filhas, de modo que elas também serão tumorais. Se o câncer começa como uma simples célula que eventualmente progride para a completa malignidade, o que inicia essa seqüência mortal? Que modificações são essas e como elas acontecem? Durante pelo menos 200 anos de estudos, em busca de respostas para essas perguntas, o foco se manteve em causas externas. Em 1775, por exemplo, o médico inglês Percival Pott ( ) descreveu a alta incidência de câncer escrotal em homens que trabalharam como limpadores de chaminés quando crianças. Os holandeses tinham problemas semelhantes com seus limpadores de chaminés, parcialmente resolvidos pelo uso de roupas de proteção adequadas, no que ficou conhecido como o primeiro programa bem-sucedido de prevenção de câncer. Em meados do século 19, também foi percebido um número maior de mortes por um tipo raro de câncer de pulmão em trabalhadores de minas de carvão do leste da Alemanha. Esses relatos da associação entre certos tipos de cânceres e ocupações específicas tornaram-se cada vez mais numerosos, levando à idéia de que a causa desse tipo de mal poderia ser externa ao organismo. Levantada a suspeita, foram descritos muitos possíveis agentes externos responsáveis pelo surgimento do câncer, entre eles várias substâncias químicas e agentes infecciosos (bactérias, por exemplo), além da irritação mecânica crônica dos tecidos (uso de cachimbo, dente quebrado etc). A hipótese de que a irritação do tecido representa um precursor essencial recebeu forte impulso após 1895, quando o físico alemão Wilhelm Röntgen ( ) descobriu os raios X, que passaram a ser utilizados quase de imediato em diagnósticos e terapias. Logo ficou evidente que a exposição direta por algumas horas aos raios X resultava em vermelhidão e queimaduras. Além disso, a exposição crônica das mãos dos técnicos provocava câncer de pele localizado. A semente para o crescimento explosivo no conhecimento do câncer foi plantada em 1911, quando o patologista norte-americano Peyton Rous ( ) descobriu que extratos celulares filtrados (sem células) obtidos de tumores de galinhas podiam causar novos tumores quando inoculados em aves sadias. Rous, porém, acabou abandonando as pesquisas com o vírus, convencido pelos dados epidemiológicos que a grande maioria dos tumores humanos não se comporta como doença contagiosa. Mesmo assim, suas pesquisas sobre a indução do câncer em animais por vírus lhe deram o prêmio Nobel de medicina em 1966, dividido com o médico canadense Charles B. Huggins ( ). A maioria dos vírus mata a célula infectada. No caso dos vírus tumorais, porém, as células não só sobrevivem como também crescem e proliferam mais rápido que as células normais. A questão, portanto, era: como esses vírus marca permanentemente as células que infectam e como essa marca é transmitida para todas as células-filhas? A descoberta de que todas as células de um tumor humano descendem de apenas uma célula tumoral (ou seja, são clones dessa célula) mudou essa questão. A B C D E ADAPTADO DE R. A. WEINBERG, SCIENTIFIC AMERICAN, SETEMBRO DE 1996 Como surge um tumor: ao sofrer uma mutação, uma célula (A) passa a se reproduzir de modo descontrolado (B); uma nova mutação cria células diferenciadas, ou seja, anormais (C); em seguida, outras mutações tornam o tumor ainda mais agressivo, mas ainda contido nos limites entre tecidos (D); finalmente, o tumor lança células no sangue (E), podendo gerar novos tumores em outros locais do organismo 34 CIÊNCIA HOJE vol. 30 nº 180

4 Afinal, se o tumor fosse causado diretamente por uma infecção viral, que certamente atingiria muitas células, ele não seria clonal. Uma nova proposta é lançada que eles continham o gene src completo. Isso indicou que tinham se tornado oncogênicos por ter capturado (seqüestrado), da célula hospedeira, a porção que estava faltando desse gene. As descobertas de Bishop, Varmus e Hanafusa mostraram que os oncogenes dos retrovírus são genes celulares capturados dos genomas dos hospedeiros. Em 1981, pesquisadores de três instituições dos Estados Unidos o grupo do oncologista Michael Wigler, do Cold Spring Harbor Laboratory; o grupo do biólogo Robert A. Weinberg, do Massachusetts Institute of Technology, e o grupo do também oncologista Mariano Barbacid, do National Institute of Health anunciaram ter descoberto que a origem dos cânceres humanos estava no material genético. Em trabalhos independentes, empregando técnicas de DNA recombinante, cada grupo isolou genes específicos que faziam com que células normais em cultura se tornassem malignas. Esses proto-oncogenes (ou oncogenes celulares) juntaram-se aos descobertos através de vírus, possibilitaram definir a maioria dos cânceres humanos como doenças genéticas, no sentido de que eles se originam a partir de mudanças no DNA. Isso levou a uma nova questão: se os proto-oncogenes estão presentes nas células normais, qual o papel dos produtos desses genes nessas células? Em 1927, o geneticista norte-americano Herman Muller ( ) descobriu que os raios X induziam mutações no material genético das moscas-das-frutas (Drosophila melanogaster). Isso levou à hipótese de que o câncer poderia ser uma conseqüência do dano causado pelos raios X no material genético. Por essa descoberta e outras pesquisas sobre mutações genéticas, Muller ganhou o Nobel de medicina em A mesma idéia a de que danos genéticos poderiam causar cânceres já havia sido proposta em 1914 pelo biólogo alemão Theodor Boveri ( ), ao observar cromossomos anômalos em células tumorais. O crescimento da incidência e os avanços na compreensão da doença levaram, em dezembro de 1971, o então presidente dos Estados Unidos, Richard Nixon, a declarar guerra contra o câncer, que matava cerca de seis milhões de pessoas por ano no mundo. Nos 10 anos seguintes o investimento do governo norte-americano em pesquisas relacionadas ao câncer foi de cerca de US$ 7,5 bilhões, o que permitiu intensificar os estudos sobre as bases moleculares da genética dos cânceres. Os tipos de genes ligados ao câncer As questões sobre a participação dos vírus na formação de tumores só viriam a ser respondidas no final dos anos 70, quando se alcançou uma compreensão detalhada da origem evolutiva dos genes virais causadores de câncer (oncogênicos). Isso aconteceu a partir dos estudos do gene oncogênico do vírus do sarcoma de Rous (batizado de v-src). Os biólogos J. Michael Bishop e Harold Varmus, da Universidade da Califórnia (em San Francisco), usaram uma cópia do v-src para pescar DNA celular de diferentes animais, e tiveram uma grande surpresa ao encontrar genes celulares homólogos (c-src) aos genes v-src no DNA de diferentes animais (galinha, peixes, mamíferos e mesmo a mosca Drosophila). Logo depois, foram encontrados genes celulares homólogos de outros genes virais oncogênicos. Esses genes seqüências conservadas durante a evolução das espécies, passando dos animais primitivos para os seus sucessores foram denominados protooncogenes ou oncogenes celulares (c-onc). No início dos anos 80, o pesquisador japonês Hidesaburo Hanafusa descobriu, em pesquisas na Universidade Rockefeller (Estados Unidos), que retrovírus (vírus de RNA) com seu genoma incompleto (defectivo) podiam produzir tumores em animais. Esses vírus foram isolados dos tumores e verificou-se Durante as últimas décadas muita coisa foi descoberta sobre o funcionamento dos proto-oncogenes (normais) presentes nas células. Sabe-se hoje que muitos codificam proteínas reguladoras essenciais para a proliferação celular normal. Podemos, portanto, relacionar o câncer com a desregulação dos genes envolvidos no controle da proliferação celular por isso são usadas, para designar a doença, as palavras neoplasia, que significa crescimento novo, e tumor, que quer dizer crescimento de massa. Já que eles atuam na proliferação normal das células, o que ocorre para que tais genes celulares se descontrolem? Uma das possibilidades de rompimento do crescimento celular normal seria, aparentemente, a superexpressão de um gene. De modo consistente com essa hipótese, Bishop e Varmus, em seu laboratório na Califórnia, verificaram que o gene c-src é expresso em quantidades bem pequenas em células normais e em volume bem maior em células tumorais. Como já havia acontecido com Muller (em 1946) e Rous (em 1966), Bishop e Varmus também ganharam o Nobel, em 1989, por suaspesquisas sobre o câncer. Esses proto-oncogenes podem se transformar em oncogenes, por exemplo, por uma mutação na se- 4 março de 2002 CIÊNCIA HOJE 35

5 Duas cópias normais do gene Rb são herdadas dos pais (1 e 2), e a primeira mutação (X) inativa uma das cópias em uma célula da retina em formação (3); uma mutação da outra cópia do gene (4) leva à perda do controle sobre o crescimento celular, resultando em células tumorais, com a doença se manifestando em geral em apenas um dos olhos. Uma diferença fundamental entre os dois tipos da doença está nas células germinativas: na forma esporádica (5), tais células terão duas cópias normais do gene Rb, enquanto na forma familial (10) elas apresentarão uma cópia mutada desse gene. Figura 1. Mutações no gene Rb em retinoblastoma esporádico e familial qüência do DNA, pela transferência (translocação) do gene para outro local do genoma (aproximandoo de uma seqüência promotora forte), ou por amplificação do gene (a formação de cópias múltiplas desse gene). Resumindo, podemos dizer que de alguma maneira o gene passa a ser expresso de forma São herdadas dos pais uma cópia normal e outra mutada do gene Rb (6 e 7), e nesse caso uma eventual mutação na outra cópia desse gene em uma célula da retina em formação (8) levará ao surgimento de células tumorais (9), com a doença se manifestando em geral nos dois olhos. alterada, em maior quantidade ou em um momento em que não deveria estar sendo expresso. Dentro dos esforços para tentar entender o câncer, muitas pesquisas envolvendo a fusão de células normais com células cancerosas foram realizadas. Em 1960, por exemplo, o geneticista australiano Henry Harris, trabalhando na Universidade de Oxford Brookes (Inglaterra) fundiu células normais e tumorais de camundongo e não observou formação de tumores quando tais células foram inoculadas em animais sadios. Com base nesse resultado, ele sugeriu que células normais contêm genes cujos produtos têm a habilidade de suprimir a proliferação descontrolada das células. A idéia de Harris foi comprovada em 1987, quando se descobriu um tipo diferente de oncogene, envolvido em um raro tumor infantil, o retinoblastoma, que se forma a partir da mutação de células da retina. Nesse câncer, a malignidade resulta da ausência de qualquer cópia funcional do gene retinoblastoma (Rb). Já que apenas uma cópia funcional seria capaz de inibir a formação do câncer, o gene foi então chamado de antioncogene. Posteriormente, muitos oncogenes que atuam de modo semelhante foram descritos. Hoje, os antioncogenes são mais conhecidos como genes supressores de tumor. O retinoblastoma ilustra também o chamado modelo de dois passos de mutação para o desenvolvimento do tumor. As crianças que desenvolvem a forma familial da doença herdam uma cópia normal do gene Rb de um dos pais e uma cópia defeituosa do outro. Depois, uma mutação espontânea na cópia normal, durante o desenvolvimento das células da retina, resulta em células tumorais, com ausência total de genes Rb funcionais nesse caso, a doença geralmente se manifesta nos dois olhos. O retinoblastoma pode ocorrer também na forma esporádica Figura 2. O acúmulo de mutações no material genético pode levar uma célula normal a se tornar cancerosa: uma célula sadia pode sofrer mutação (X) em um proto-oncogene (1), proliferando de forma não controlada, gerando células pré-cancerosas, e estas podem sofrer mutações em outros proto-oncogenes (2) e em genes supressores de tumor (3), originando células cancerosas, com potencial de formar tumores 36 CIÊNCIA HOJE vol. 30 nº 180

6 A ocorrência de lesões no DNA ativa o gene p53, que induz a apoptose, ou morte celular programada, impedindo a proliferação. Se a lesão no DNA ocorre em uma célula com o gene p53 mutado, não funcional, a morte celular não é induzida e a célula pode se multiplicar, transmitindo essa lesão. Isso pode originar células cancerosas, levando à formação de um tumor. Figura 3. Papel do gene supressor de tumor p53 no equilíbrio da célula entre proliferação, não-proliferação e morte celular (não familial). Nesse caso, a criança herda duas cópias normais do gene Rb, e durante a formação das retinas uma célula sofre mutação em uma das cópias e, mais tarde, uma célula descendente dessa também tem a outra cópia mutada (figura 1). Nesse caso, a doença se manifesta, em geral, em apenas um olho, já que a probabilidade de os dois eventos de mutação acontecerem na mesma célula é baixa. A existência de proto-oncogenes e de genes supressores de tumor sugere um elaborado sistema de controles positivo e negativo que mantém a multiplicação celular dentro dos limites normais. Uma terceira categoria de genes tem sido ainda apontada como capaz de originar cânceres: os genes de reparo. Tais genes também são classificados como supressores de tumor, uma vez que os dois alelos (as duas cópias do gene) têm que estar mutados para que o tumor seja ativado. Os genes de reparo são os responsáveis pelo conserto de eventuais danos no DNA. Portanto, quando eles não estão atuando, devido a mutações, qualquer lesão ocorrida em proto-oncogenes e em genes supressores de tumor tem maior chance de não ser corrigida, o que dará origem, nos dois casos, a células potencialmente tumorais. Essas mutações genéticas acumulam-se nas células até que estas perdem o controle sobre sua proliferação, originando um tumor (figura 2). Crescente possibilidade de cura A célula trilha caminhos que podem levar a pelo menos três destinos: a proliferação, a não-proliferação (diferenciação) ou a morte celular programada (apoptose). O equilíbrio entre as três categorias de genes já citadas é que comanda a escolha que a célula fará. Para explicar o processo, resumidamente, podemos usar como exemplo o papel do gene supressor de tumor p53 nessa escolha. O gene p53 tem esse nome porque produz uma proteína (também denominada p53) com peso molecular de 53 kilodáltons (kda) o dalton é uma unidade de massa, equivalente a 1/12 da massa do carbono-12, usada em biologia molecular. Mutações no gene p53 parecem estar envolvidas em cerca de 50% dos tumores, incluindo câncer de mama, cérebro, fígado, pulmão, bexiga e sangue, além do câncer colorretal. O produto protéico normal do gene p53 reprime a proliferação celular, que por sua vez é ativada pelos proto-oncogenes. Quando ocorrem lesões no DNA, esse gene ativa o sistema de morte celular programada, caso os genes de reparo não tenham funcionado de modo adequado, consertando o erro. No entanto, na ausência de pelo menos uma cópia normal de p53, a célula não entra em apoptose e poderá eventualmente transmitir a alteração genética que sofre para as células-filhas e dar início à formação de um tumor (figura 3). Os avanços das pesquisas sobre a natureza genética do câncer foram enormes nas últimas décadas, mas as terapias gênicas ainda não são uma realidade acessível para a maioria. A possibilidade de cura, ou seja, de erradicação da doença, é crescente hoje em dia, mas ainda depende principalmente do diagnóstico precoce, aliado aos tratamentos (cirúrgicos, químicos e radiológicos) cada vez mais eficazes. Esse quadro poderá mudar muito nos próximos anos, pois o conhecimento do genoma humano possibilitará a identificação rápida e eficiente de todos os genes mutantes das células tumorais, abrindo caminho para a identificação do potencial oncogênico antes que este se manifeste e para terapias mais diretas e específicas contra as células mutantes. Sugestões para leitura GRIFFITHS, J. F.; MILLER, J. H.; SUSUKI, D. T. & LEWONTIN, R. C. Cancer as a genetic disease, in An introduction to genetic analysis, Nova York, W. H. Freeman, VARMUS, H. & WEINBERG, R. A. Genes and the biology of cancer, Nova York, W. H. Freeman (Scientific American Library), WEINBERG, R. A. How cancer arises, in Scientific American, 275(3), p. 32, WEINBERG, R. A. Uma célula renegada como o câncer começa, Rio de Janeiro, Ciência Atual Rocco, março de 2002 CIÊNCIA HOJE 37