A quimioterapia com cisplatina, substância que causa danos ao DNA das células cancerosas, é amplamente utilizada no tratamento de pacientes com câncer de ovário, bexiga, garganta, esôfago, entre outros; mas não funciona para um dos mais frequentes na população brasileira, o de mama. Ao estudar células mamárias em culturas tridimensionais (3D), pesquisadores do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo (ICB-USP) observaram que, com o DNA lesionado pela cisplatina, esse tipo de câncer ativa uma enzima que permite o crescimento do tumor a despeito dos estragos no material genético. A associação de um inibidor enzimático à quimioterapia levou mais células cancerosas à morte.
Foi um longo caminho até a descoberta. Embora o câncer de mama seja muito estudado, o habitual é cultivar as células tumorais em laboratório nas placas de Petri, recipientes achatados feitos de vidro ou plástico. Nelas, as células também crescem achatadas, planas, sem formar as estruturas tridimensionais do organismo vivo. Já nas culturas 3D, elas ficam dentro de um gel rico em laminina, molécula responsável pela adesão entre as células no corpo. Suspensas nesse ambiente que reconstitui a membrana basal – estrutura localizada entre os tecidos sustentadores e as células cuja função é nutri-las e regenerá-las em caso de lesão –, elas se comportam mais fielmente ao que ocorre no organismo, respondendo à cisplatina de um jeito diferente do observado nas culturas bidimensionais (2D).
“Já se sabia que a cisplatina não era eficiente contra o câncer de mama, mas os motivos não eram conhecidos”, conta Luciana Rodrigues Gomes, do Departamento de Microbiologia do ICB-USP, primeira autora do artigo com os resultados da pesquisa, publicado este mês na revista científica Cell Death and Disease. Ela e seus colegas compararam as respostas de células de câncer de mama à quimioterapia em modelos tradicionais de cultura 2D e de membrana basal reconstituída em três dimensões. Ao contrário do que ocorre às células dispostas em uma única camada, aquelas cultivadas em 3D foram capazes de progredir para além da fase S do ciclo celular, quando a célula cresce e duplica suas moléculas de DNA.
Isso porque, explica a pesquisadora, o dano causado pela cisplatina ao DNA da célula cancerosa em 3D – ou seja, em contato com elementos do microambiente similares ao do organismo vivo – levou à ativação da enzima ATR, que age como sensor para detectar problemas e disparar a resposta aos danos, acionando todo um aparato de reparo molecular. Os danos presentes no DNA, depois de reconhecidos por essa proteína, desencadeiam uma cascata de sinalização que resulta em um processo de tolerância no qual a célula cancerosa continua se replicando apesar da lesão provocada pela cisplatina.
“Utilizamos, então, inibidores de ATR combinados à quimioterapia, que acabaram por impedir que a célula ativasse a enzima, promovendo o aumento da morte celular”, conta o biólogo molecular Carlos Menck, responsável pelo Laboratório de Reparo de DNA do ICB-USP e coordenador do trabalho. A administração de cisplatina associada ao inibidor farmacológico triplicou a morte das células cancerosas: de 10%, passou a 30%.
A inibição da ATR também inibiu a produção de outra proteína, a REV3L, que desempenha um papel significativo no mecanismo de tolerância ao dano do DNA. Da categoria das DNA polimerases, essa proteína permite a replicação da molécula de DNA mesmo avariada. Por isso, a ativação da REV3L promove a proliferação das células tumorais, fazendo-as transitar da fase S para a fase G2 do ciclo celular. O bloqueio da indução de REV3L aumentou a sensibilidade das células cancerígenas da mama à cisplatina.
“Dessa forma, o tratamento associado a inibidores de ATR pode ser uma estratégia promissora para o aumento da eficiência da quimioterapia com cisplatina em pacientes com câncer de mama”, afirma Menck. O pesquisador destaca ainda a importância dos estudos em culturas 3D, já que o desencadeamento do processo que leva à replicação das células cancerosas só foi possível devido à formação de uma arquitetura tecidual mais complexa, em que elas interagem com sua matriz extracelular. “As influências desses fatores nos estudos pré-clínicos de drogas anticâncer ainda são negligenciadas”, alerta.
Há várias metodologias disponíveis de cultura celular em 3D. A que os pesquisadores do ICB-USP usaram foi a de crescimento em contato com a membrana basal reconstituída em laboratório. As células de mama, em contato com essa membrana, formam uma arquitetura muito similar à encontrada in vivo e, consequentemente, apresentam vias de sinalização que não são possíveis nas culturas bidimensionais. A metodologia foi desenvolvida pela bioquímica irano-americana Mina Bissell, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos Estados Unidos – com quem Luciana Gomes e outro coautor do artigo, Alexandre Bruni-Cardoso, do Instituto de Química da USP, passaram um período. Lá, graças às culturas 3D, pesquisadores conseguiram fazer com que células mamárias cultivadas in vitro produzissem leite, a exemplo do que ocorre no organismo vivo (ver Pesquisa FAPESP nº 254). De volta ao Brasil, Gomes se dedicou a compreender como o microambiente afeta as respostas aos danos no DNA das células da mama.
Projetos
1. Consequências de deficiências de reparo de lesões no genoma (nº 14/15982-6); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Carlos Frederico Martins Menck (USP); Investimento R$ 5.429.572,54.
2. Papel do microambiente celular nos mecanismos moleculares de resistência a quimioterápicos em modelo de carcinoma mamário humano (nº 11/50856-3); Modalidade Bolsa de Pós-doutorado; Pesquisador responsável Carlos Frederico Martins Menck (USP); Beneficiária Luciana Rodrigues Gomes; Investimento R$ 539.602,48.
3. Hippo-YAP como uma via de convergência dos sinais bioquímicos e mecânicos provenientes da matriz extracelular durante a morfogênese da glândula mamária e a progressão do câncer de mama (nº 14/10492-0); Programa Jovem Pesquisador; Pesquisador responsável Alexandre Bruni Cardoso (USP); Investimento R$ 2.079.857,60.
Artigo científico
GOMES, L. R. et al. ATR mediates cisplatin resistance in 3D-cultured breast cancer cells via translesion DNA synthesis modulation. Cell Death and Disease. 12 jun. 2019.
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