Célula-tronco cancerosa - Cancer stem cell

Figura 1: Terapias de câncer convencionais e específicas para células-tronco

As células-tronco cancerosas ( CSCs ) são células cancerosas (encontradas em tumores ou cânceres hematológicos ) que possuem características associadas às células-tronco normais , especificamente a capacidade de dar origem a todos os tipos de células encontrados em uma amostra de câncer específica. As CSCs são, portanto, tumorigênicas (formadoras de tumor), talvez em contraste com outras células cancerígenas não tumorigênicas. As CSCs podem gerar tumores por meio dos processos de células-tronco de autorrenovação e diferenciação em vários tipos de células. Supõe-se que essas células persistem em tumores como uma população distinta e causam recidiva e metástase , dando origem a novos tumores. Portanto, o desenvolvimento de terapias específicas direcionadas a CSCs mantém a esperança de melhoria da sobrevida e da qualidade de vida de pacientes com câncer, especialmente para pacientes com doença metastática .

Os tratamentos existentes contra o câncer foram desenvolvidos principalmente com base em modelos animais , onde as terapias capazes de promover a redução do tumor foram consideradas eficazes. No entanto, os animais não fornecem um modelo completo de doença humana. Em particular, em camundongos, cuja expectativa de vida não ultrapassa dois anos, a recidiva do tumor é difícil de estudar.

A eficácia dos tratamentos contra o câncer é, nos estágios iniciais do teste, frequentemente medida pela fração de ablação da massa tumoral ( morte fracionada ). Como as CSCs formam uma pequena proporção do tumor, isso pode não necessariamente selecionar drogas que atuam especificamente nas células-tronco. A teoria sugere que as quimioterapias convencionais matam células diferenciadas ou em diferenciação, que formam a maior parte do tumor, mas não geram novas células. Uma população de CSCs, que deu origem a isso, pode permanecer intocada e causar recaídas.

As células-tronco cancerosas foram identificadas pela primeira vez por John Dick na leucemia mieloide aguda no final dos anos 1990. Desde o início dos anos 2000, eles têm sido um foco intenso de pesquisa do câncer . O próprio termo foi cunhado em um artigo altamente citado em 2001 pelos biólogos Tannishtha Reya , Sean J. Morrison , Michael F. Clarke e Irving Weissman .

Modelos de propagação de tumor

Em diferentes subtipos de tumor , as células dentro da população tumoral exibem heterogeneidade funcional e os tumores são formados a partir de células com várias capacidades proliferativas e de diferenciação . Essa heterogeneidade funcional entre as células cancerosas levou à criação de vários modelos de propagação para levar em conta a heterogeneidade e as diferenças na capacidade regenerativa do tumor: a célula-tronco cancerosa (CSC) e o modelo estocástico. No entanto, certas perspectivas sustentam que essa demarcação é artificial, uma vez que ambos os processos atuam de forma complementar no que diz respeito às populações tumorais reais. É importante observar que, enquanto no epitélio esofágico humano saudável, a carga proliferativa é atendida por um epitélio basal em divisão estocástica. Após a sua transição para o epitélio do esôfago de Barrett pré-canceroso, no entanto, um pequeno compartimento dedicado de células-tronco aparece que suporta a proliferação do epitélio, enquanto a evidência concomitante de um compartimento estocasticamente em divisão que contribui para a manutenção do tecido desaparece. Portanto, pelo menos para certos tecidos neoplásicos, os compartimentos de células-tronco dedicados mantêm e aumentam o tamanho do compartimento transformado

Figura 2: Uma hierarquia celular normal que compreende células-tronco no ápice, que geram células progenitoras comuns e mais restritas e, em última análise, os tipos de células maduras que constituem tecidos específicos.
Figura 3 . No modelo de células-tronco cancerosas (CSC), apenas as CSCs têm a capacidade de gerar um tumor, com base em suas propriedades de autorrenovação e potencial proliferativo.

O modelo de células-tronco cancerosas

O modelo de células-tronco cancerosas, também conhecido como Modelo Hierárquico, propõe que os tumores são organizados hierarquicamente (CSCs situados no ápice (Fig. 3).) Dentro da população cancerosa dos tumores, existem células-tronco cancerosas (CSC) que são células tumorigênicas e são biologicamente distintos de outras subpopulações. Eles têm duas características definidoras: sua capacidade de longo prazo de se auto-renovar e sua capacidade de se diferenciar em uma progênie que é não tumorigênica, mas ainda contribui para o crescimento do tumor. Este modelo sugere que apenas certas subpopulações de células-tronco cancerosas têm a capacidade de conduzir a progressão do câncer, o que significa que existem características específicas (intrínsecas) que podem ser identificadas e, em seguida, direcionadas para destruir um tumor a longo prazo, sem a necessidade de lutar contra o tumor inteiro.

Modelo estocástico

Para que uma célula se torne cancerosa, ela deve passar por um número significativo de alterações em sua sequência de DNA. Este modelo de célula sugere que essas mutações podem ocorrer em qualquer célula do corpo, resultando em um câncer. Essencialmente, esta teoria propõe que todas as células têm a capacidade de serem tumorigênicas, tornando todas as células tumorais equipotentes com a capacidade de se auto-renovar ou diferenciar, levando à heterogeneidade do tumor, enquanto outras podem se diferenciar em não-CSCs. O potencial da célula pode ser influenciado por fatores genéticos ou não previstos. fatores epigenéticos , resultando em células fenotipicamente diversas nas células tumorigênicas e não tumorigênicas que compõem o tumor. De acordo com o "modelo estocástico" (ou "modelo de evolução clonal"), cada célula cancerosa em um tumor pode ganhar a capacidade de se auto-renovar e se diferenciar nas numerosas e heterogêneas linhagens de células cancerosas que comprometem um tumor

Essas mutações podem se acumular progressivamente e aumentar a resistência e a aptidão das células, o que permite que elas superem outras células tumorais, mais conhecidas como modelo de evolução somática . O modelo de evolução clonal, que ocorre tanto no modelo CSC quanto no modelo estocástico, postula que as células tumorais mutantes com vantagem de crescimento proliferam sobre as outras. As células na população dominante têm um potencial semelhante para iniciar o crescimento do tumor. (Fig. 4).

Figura 4: No modelo de evolução clonal, todas as células indiferenciadas têm possibilidade semelhante de se transformar em uma célula tumorigênica.

Esses dois modelos não são mutuamente exclusivos, pois os próprios CSCs passam por evolução clonal. Assim, as CSCs secundárias mais dominantes podem surgir, se uma mutação conferir propriedades mais agressivas (Fig. 5).

Atar CSC e modelos estocásticos juntos

Um estudo em 2014 argumenta que a lacuna entre esses dois modelos controversos pode ser preenchida fornecendo uma explicação alternativa para a heterogeneidade do tumor. Eles demonstram um modelo que inclui aspectos dos modelos estocástico e CSC. Eles examinaram a plasticidade das células-tronco cancerígenas em que as células-tronco cancerosas podem fazer a transição entre células-tronco não cancerosas (não CSC) e CSC via in situ suportando um modelo mais estocástico. Mas a existência de populações não-CSC e CSC biologicamente distintas apóia um modelo mais CSC, propondo que ambos os modelos podem desempenhar um papel vital na heterogeneidade do tumor.

Figura 5 : Ambos os modelos de tumor podem desempenhar um papel na manutenção de um tumor. Inicialmente, o crescimento do tumor é garantido com um CSC específico (CSC1). Com a progressão do tumor, outro CSC (CSC 2) pode surgir devido à seleção clonal . O desenvolvimento de um novo CSC mais agressivo pode resultar da aquisição de uma mutação adicional ou modificação epigenética .

O modelo de imunologia de células-tronco cancerosas

Este modelo sugere que as propriedades imunológicas podem ser importantes para a compreensão da tumorigênese e heterogeneidade. Assim, as CSCs podem ser muito raras em alguns tumores, mas alguns pesquisadores descobriram que uma grande proporção de células tumorais podem iniciar tumores se transplantadas em camundongos gravemente imunocomprometidos e, portanto, questionaram a relevância das CSCs raras. No entanto, tanto as células-tronco quanto as CSCs possuem propriedades imunológicas únicas que as tornam altamente resistentes à imunovigilância. Assim, apenas CSCs podem ser capazes de semear tumores em pacientes com imunovigilância funcional, e o privilégio imunológico pode ser um critério chave para identificar CSCs. Além disso, o modelo sugere que as CSCs podem inicialmente ser dependentes de nichos de células-tronco, e as CSCs podem funcionar como um reservatório no qual as mutações podem se acumular ao longo de décadas sem restrições do sistema imunológico. Tumores clinicamente evidentes podem crescer se: A) CSCs perderem sua dependência de fatores de nicho (tumores menos diferenciados), B) sua prole de células tumorais altamente proliferativas, mas inicialmente imunogênicas, células tumorais normais desenvolverem meios para escapar da imunovigilância ou C) o sistema imunológico pode perder seus capacidade supressora de tumores, por exemplo, devido ao envelhecimento.

Debate

A existência de CSCs está em debate, pois muitos estudos não encontraram células com suas características específicas. As células cancerosas devem ser capazes de proliferação e autorrenovação contínuas para reter as muitas mutações necessárias para a carcinogênese e para sustentar o crescimento de um tumor, uma vez que células diferenciadas (restritas pelo Limite de Hayflick ) não podem se dividir indefinidamente. Para consideração terapêutica, se a maioria das células tumorais são dotadas de propriedades de células-tronco, direcionar o tamanho do tumor diretamente é uma estratégia válida. Se os CSCs forem uma pequena minoria, alvejá-los pode ser mais eficaz. Outro debate é sobre a origem das CSCs - seja da desregulação das células-tronco normais ou de uma população mais especializada que adquiriu a capacidade de se auto-renovar (o que está relacionado à questão da plasticidade das células-tronco ). Para confundir esse debate, está a descoberta de que muitas células cancerosas demonstram uma plasticidade fenotípica sob desafio terapêutico, alterando seus transcriptomas para um estado mais semelhante a um tronco para escapar da destruição.

Provas

A primeira evidência conclusiva para CSCs veio em 1997. Bonnet e Dick isolaram uma subpopulação de células de leucemia que expressavam o marcador de superfície CD34 , mas não o CD38 . Os autores estabeleceram que a subpopulação CD34 + / CD38 - é capaz de iniciar tumores em camundongos NOD / SCID que eram histologicamente semelhantes ao doador. A primeira evidência de uma célula semelhante a um câncer de tumor sólido ocorreu em 2002 com a descoberta de uma célula formadora de esfera clonogênica isolada e caracterizada de gliomas cerebrais humanos adultos . Os tumores gliais corticais humanos contêm células do tipo tronco neural que expressam marcadores astrogliais e neuronais in vitro . As células-tronco cancerosas isoladas de gliomas humanos adultos mostraram induzir tumores que se assemelhavam ao tumor original quando enxertados em modelos de camundongos nus intracranianos.

Em experimentos de pesquisa de câncer , as células tumorais às vezes são injetadas em um animal experimental para estabelecer um tumor. A progressão da doença é então seguida no tempo e novos medicamentos podem ser testados quanto à sua eficácia. A formação de tumores requer a introdução de milhares ou dezenas de milhares de células. Classicamente, isso era explicado por uma metodologia pobre (ou seja, as células tumorais perdem sua viabilidade durante a transferência) ou pela importância crítica do microambiente, o ambiente bioquímico particular das células injetadas. Os defensores do paradigma CSC argumentam que apenas uma pequena fração das células injetadas, as CSCs, têm o potencial de gerar um tumor. Na leucemia mieloide aguda humana, a frequência dessas células é inferior a 1 em 10.000.

Outras evidências vêm da histologia . Muitos tumores são heterogêneos e contêm vários tipos de células nativas do órgão hospedeiro. A heterogeneidade do tumor é comumente retida pelas metástases do tumor . Isso sugere que a célula que os produziu tinha a capacidade de gerar vários tipos de células, uma característica clássica das células-tronco .

A existência de células-tronco de leucemia levou à pesquisa de outros tipos de câncer. As CSCs foram recentemente identificadas em vários tumores sólidos, incluindo:

  • Cérebro
  • Seio
  • Cólon
  • Ovário
  • Pâncreas
  • Próstata
  • Melanoma
  • Mieloma múltiplo
  • Câncer de pele não melanoma

Modelos mecanísticos e matemáticos

Uma vez que os caminhos para o câncer são hipotetizados, é possível desenvolver modelos matemáticos preditivos , por exemplo, com base no método do compartimento celular . Por exemplo, o crescimento de células anormais pode ser denotado com probabilidades de mutação específicas. Tal modelo previu que o insulto repetido às células maduras aumenta a formação de progênie anormal e o risco de câncer. A eficácia clínica de tais modelos permanece não estabelecida.

Origem

Figura 6: Organização hierárquica de um tumor de acordo com o modelo CSC

A origem dos CSCs é uma área de pesquisa ativa. A resposta pode depender do tipo e do fenótipo do tumor . Até agora, a hipótese de que os tumores se originam de uma única "célula de origem" não foi demonstrada usando o modelo de células-tronco cancerígenas. Isso ocorre porque as células-tronco cancerosas não estão presentes em tumores em estágio terminal.

As hipóteses de origem incluem mutantes em células-tronco ou progenitoras em desenvolvimento, mutantes em células-tronco adultas ou células progenitoras adultas e células mutantes diferenciadas que adquirem atributos semelhantes aos de um tronco. Essas teorias geralmente se concentram na "célula de origem" de um tumor.

Hipóteses

Mutação de células-tronco

A hipótese da "mutação em populações de nichos de células-tronco durante o desenvolvimento" afirma que essas populações-tronco em desenvolvimento são mutadas e depois se reproduzem de forma que a mutação é compartilhada por muitos descendentes. Essas células-filhas estão muito mais perto de se tornarem tumores e seu número aumenta a chance de uma mutação cancerosa.

Células-tronco adultas

Outra teoria associa as células-tronco adultas (ASC) à formação de tumor. Isso é mais frequentemente associado a tecidos com alta taxa de renovação celular (como a pele ou o intestino ). Nestes tecidos, os ASCs são candidatos devido às suas divisões celulares frequentes (em comparação com a maioria dos ASCs) em conjunto com a longa vida útil dos ASCs. Essa combinação cria o conjunto ideal de circunstâncias para o acúmulo de mutações: o acúmulo de mutações é o principal fator que impulsiona o início do câncer . As evidências mostram que a associação representa um fenômeno real, embora cânceres específicos tenham sido associados a uma causa específica.

Desdiferenciação

A desdiferenciação de células mutantes pode criar características semelhantes às das células-tronco, sugerindo que qualquer célula pode se tornar uma célula-tronco cancerosa. Em outras palavras, a célula totalmente diferenciada sofre mutações ou sinais extracelulares que a levam de volta a um estado semelhante a um tronco. Este conceito foi demonstrado mais recentemente em modelos de câncer de próstata , em que as células em terapia de privação de andrógeno parecem alterar transitoriamente seu transcriptoma para o de uma célula semelhante à crista neural , com as propriedades invasivas e multipotentes desta classe de células semelhantes a tronco.

Hierarquia

O conceito de hierarquia tumoral afirma que um tumor é uma população heterogênea de células mutantes, todas as quais compartilham algumas mutações, mas variam em fenótipo específico . Um tumor hospeda vários tipos de células-tronco, uma ótima para o ambiente específico e outras linhas menos bem-sucedidas. Essas linhas secundárias podem ter mais sucesso em outros ambientes, permitindo que o tumor se adapte, incluindo adaptação à intervenção terapêutica. Se correto, esse conceito afeta os regimes de tratamento específicos para células-tronco do câncer. Essa hierarquia complicaria as tentativas de localizar a origem.

Identificação

As CSCs, agora relatadas na maioria dos tumores humanos, são comumente identificadas e enriquecidas usando estratégias para identificar células-tronco normais que são semelhantes entre os estudos. Esses procedimentos incluem classificação de células ativadas por fluorescência (FACS), com anticorpos direcionados a marcadores de superfície celular e abordagens funcionais, incluindo ensaio de população lateral ou ensaio de Aldefluor. O resultado enriquecido com CSC é então implantado, em várias doses, em camundongos imunodeficientes para avaliar sua capacidade de desenvolvimento de tumor. Este ensaio in vivo é denominado ensaio de diluição limitante. Os subconjuntos de células tumorais que podem iniciar o desenvolvimento do tumor em baixos números de células são ainda testados quanto à capacidade de autorrenovação em estudos de tumor em série.

CSCs também pode ser identificado por efluxo de incorporada Hoechst corantes via multirresistência (MDR) e da cassete de ligação a ATP (ABC) Transportar .

Outra abordagem são os ensaios de formação de esferas. Muitas células-tronco normais , como células hematopoiéticas ou células-tronco de tecidos , em condições especiais de cultura, formam esferas tridimensionais que podem se diferenciar. Tal como acontece com as células-tronco normais, as CSCs isoladas de tumores cerebrais ou de próstata também têm a capacidade de formar esferas independentes de âncora.

Nos últimos anos, assistimos ao advento de abordagens genéticas para identificar células-tronco cancerígenas em roedores experimentais. Em tais estudos, após a indução do câncer (geralmente através da aplicação de mutagênicos), um cassete genético é ativado resultando na expressão de um marcador facilmente identificável, por exemplo, proteína fluorescente verde (GFP). Isso supera as limitações das abordagens tradicionais (por exemplo, a técnica de marcação de Bromodeoxiuridina (BrdU) clássica foi usada para identificar células de ciclo lento em animais), pois as abordagens genéticas são independentes do ciclo celular e podem ser usadas para marcação de pulso-perseguição in vivo para identificar quiescentes / células de ciclo lento. Essa estratégia, por exemplo, foi fundamental para identificar o chamado compartimento Lgr5 + como um compartimento de células-tronco cancerígenas no câncer de fígado e mostrar seu potencial como um alvo terapêutico viável.

Heterogeneidade (marcadores)

A heterogeneidade das CSCs é um pool de células tumorais diferenciadas e indiferenciadas que são reabastecidas por células que possuem propriedades semelhantes às de células-tronco e tumorais e possuem heterogeneidade fenotípica e metabólica dentro de uma única massa tumoral. Existem duas teorias para explicar a heterogeneidade fenotípica e metabólica das CSCs; variação clonal e teoria das células-tronco cancerosas. Enquanto a teoria anterior dita o papel do ambiente genético, epigenético e microambiente onde a célula tumoral reside para adquirir características tumorigênicas indiferenciadas. A última teoria se concentra mais nas características de malignidade adquiridas pelas células-tronco, onde essas células-tronco indiferenciadas e altamente tumorigênicas repovoam a massa tumoral diferenciada.

As CSCs foram identificadas em vários tumores sólidos . Comumente, marcadores específicos para células-tronco normais são usados ​​para isolar CSCs de tumores sólidos e hematológicos. Os marcadores mais usados ​​para o isolamento de CSC incluem: CD133 (também conhecido como PROM1 ), CD44 , ALDH1A1 , CD34 , CD24 e EpCAM ( molécula de adesão de células epiteliais , também conhecida como antígeno específico epitelial, ESA ).

CD133 (proeminina 1) é uma glicoproteína de cinco domínios transmembrana expressa em células- tronco CD34 + e células progenitoras , em precursores endoteliais e células-tronco neurais fetais . Foi detectado usando seu epítopo glicosilado conhecido como AC133.

EpCAM (molécula de adesão de células epiteliais, ESA, TROP1) é uma molécula de adesão celular independente de Ca 2+ hemofílica expressa na superfície basolateral da maioria das células epiteliais .

CD90 (THY1) é uma glicoproteína glicosilfosfatidilinositol ancorada na membrana plasmática e envolvida na transdução de sinal . Também pode mediar a adesão entre os timócitos e o estroma tímico.

CD44 (PGP1) é uma molécula de adesão que tem papéis pleiotrópicos na sinalização celular, migração e homing. Possui múltiplas isoformas, incluindo CD44H, que exibe alta afinidade para hialuronato e CD44V, que possui propriedades metastáticas.

CD24 (HSA) é uma glicosilada molécula de adesão glicosilfosfatidilinositol ancorada, que tem um papel co-estimulador em B e as células T .

CD200 (OX-2) é uma glicoproteína de membrana tipo 1 , que fornece um sinal inibitório às células do sistema imunológico, incluindo células T, células assassinas naturais e macrófagos .

ALDH é uma família de enzimas aldeído desidrogenase onipresente , que catalisa a oxidação de aldeídos aromáticos em ácidos carboxílicos . Por exemplo, tem um papel na conversão do retinol em ácido retinóico , que é essencial para a sobrevivência.

A primeira malignidade sólida a partir da qual as CSCs foram isoladas e identificadas foi o câncer de mama e são as mais intensamente estudadas. As CSCs da mama foram enriquecidas em subpopulações CD44 + CD24 - / low , SP e ALDH + . As CSCs da mama são aparentemente fenotipicamente diversas. A expressão do marcador de CSC em células de câncer de mama é aparentemente heterogênea e as populações de CSC de mama variam entre os tumores. Ambas as populações de células CD44 + CD24 - e CD44 + CD24 + são células iniciadoras de tumor; no entanto, CSC são mais altamente enriquecidos usando o perfil de marcador CD44 + CD49f hi CD133 / 2 hi .

As CSCs foram relatadas em muitos tumores cerebrais. Células tumorais semelhantes a troncos foram identificadas usando marcadores de superfície celular, incluindo CD133, SSEA-1 (antígeno embrionário específico de estágio-1), EGFR e CD44. O uso de CD133 para identificação de células-tronco de tumor cerebral pode ser problemático porque células tumorigênicas são encontradas em células CD133 + e CD133 - em alguns gliomas e algumas células tumorais cerebrais CD133 + podem não possuir capacidade de iniciação de tumor.

As CSCs foram relatadas em câncer de cólon humano . Para sua identificação, foram utilizados marcadores de superfície celular como CD133, CD44 e ABCB5 , análise funcional incluindo análise clonal e ensaio Aldefluor. O uso de CD133 como um marcador positivo para CSCs do cólon gerou resultados conflitantes. O epítopo AC133, mas não a proteína CD133, é especificamente expresso em CSCs do cólon e sua expressão é perdida na diferenciação. Além disso, as células de câncer de cólon CD44 + e o sub-fracionamento adicional da população de células CD44 + EpCAM + com CD166 aumentam o sucesso dos enxertos tumorais.

Várias CSCs foram relatadas na próstata , pulmão e muitos outros órgãos, incluindo fígado , pâncreas , rim ou ovário . No câncer de próstata , as células iniciadoras de tumor foram identificadas no subconjunto de células CD44 + como populações de células CD44 + α2β1 + , TRA-1-60 + CD151 + CD166 + ou ALDH + . Marcadores putativos para CSCs de pulmão foram relatados, incluindo CD133 + , ALDH + , CD44 + e proteína oncofetal 5T4 + .

Metástase

A metástase é a principal causa de letalidade tumoral. No entanto, nem todas as células tumorais podem gerar metástases. Esse potencial depende de fatores que determinam o crescimento , angiogênese , invasão e outros processos básicos.

Transição epitelial-mesenquimal

Em tumores epiteliais, a transição epitelial-mesenquimal (EMT) é considerada um evento crucial. A EMT e a transição reversa do fenótipo mesenquimal para o epitelial ( MET ) estão envolvidas no desenvolvimento embrionário , que envolve a interrupção da homeostase das células epiteliais e a aquisição de um fenótipo mesenquimal migratório. A EMT parece ser controlada por vias canônicas, como o WNT e o fator de crescimento transformador β .

A característica importante da EMT é a perda de E-caderina da membrana nas junções aderentes , onde a β-catenina pode desempenhar um papel significativo. A translocação de β-catenina das junções aderentes ao núcleo pode levar à perda de E-caderina e, subsequentemente, à EMT. Aparentemente, a β-catenina nuclear pode ativar diretamente transcricionalmente genes -alvo associados a EMT , como o repressor do gene da caderina-E SLUG (também conhecido como SNAI2 ). As propriedades mecânicas do microambiente tumoral , como a hipóxia , podem contribuir para a sobrevivência do CSC e o potencial metastático por meio da estabilização dos fatores induzíveis por hipóxia por meio de interações com ROS ( espécies reativas de oxigênio ).

As células tumorais submetidas a uma EMT podem ser precursoras de células cancerosas metastáticas ou mesmo de CSCs metastáticas. Na extremidade invasiva do carcinoma pancreático , um subconjunto de células CD133 + CXCR4 + (receptor para quimiocina CXCL12 também conhecido como ligante SDF1 ) foi definido. Essas células exibiram atividade migratória significativamente mais forte do que as células CD133 + CXCR4 - , mas ambas mostraram capacidade de desenvolvimento tumoral semelhante. Além disso, a inibição do receptor CXCR4 reduziu o potencial metastático sem alterar a capacidade tumorigênica.

Padrão de expressão de duas fases

No câncer de mama, as células CD44 + CD24 - / low são detectáveis ​​em derrames pleurais metastáticos. Em contraste, um número aumentado de células CD24 + foi identificado em metástases distantes em pacientes com câncer de mama. É possível que as células CD44 + CD24 - / low inicialmente metastatizem e, no novo local, alterem seu fenótipo e sofram diferenciação limitada. A hipótese do padrão de expressão de duas fases propõe duas formas de células-tronco cancerosas - estacionárias (SCS) e móveis (MCS). Os SCS estão embutidos no tecido e persistem em áreas diferenciadas ao longo da progressão do tumor. Os MCS estão localizados na interface tumor-hospedeiro. Essas células são aparentemente derivadas de SCS por meio da aquisição de EMT transitória (Figura 7).

Figura 7: O conceito de migração de células-tronco cancerosas (MSC). Células-tronco cancerígenas estacionárias são incorporadas em carcinomas iniciais e essas células são detectáveis ​​na área central diferenciada de um tumor. O passo importante em direção à malignidade é a indução da transição mesenquimal epitelial (EMT) nas células-tronco cancerígenas estacionárias (SCS), que se tornam células-tronco cancerígenas móveis ou em migração. As células-tronco se dividem de forma assimétrica. Uma célula filha começará a proliferação e diferenciação. O MCS restante migra uma curta distância antes de passar por uma nova divisão assimétrica, ou se dissemina através dos vasos sanguíneos ou vasos linfáticos e produz uma metástase.

Implicações

As CSCs têm implicações para a terapia do câncer, incluindo para a identificação de doenças, alvos seletivos de drogas, prevenção de metástases e estratégias de intervenção.

Tratamento

As CSCs são inerentemente mais resistentes aos agentes quimioterápicos . Existem 5 fatores principais que contribuem para isso:

1. Seu nicho os protege do contato com grandes concentrações de drogas anticâncer.
2. Eles expressam várias proteínas transmembrana, como MDR1 e BCRP , que bombeiam drogas para fora do citoplasma.
3. Elas se dividem lentamente, como as células-tronco adultas tendem a fazer e, portanto, não são mortas por agentes quimioterápicos que têm como alvo as células que se replicam rapidamente por meio de danos ao DNA ou inibição da mitose.
4. Eles regulam positivamente as proteínas de reparo de danos ao DNA.
5. Eles são caracterizados por uma superativação das vias de sinalização anti-apoptótica.

Após o tratamento de quimioterapia, as CSCs sobreviventes são capazes de repovoar o tumor e causar uma recaída. Tratamento adicional direcionado à remoção de CSCs, além de células somáticas cancerígenas, deve ser usado para prevenir isso.

Alvejando

O direcionamento seletivo de CSCs pode permitir o tratamento de tumores agressivos não ressecáveis, bem como prevenir metástases e recidivas. A hipótese sugere que, após a eliminação do CSC, o câncer pode regredir devido à diferenciação e / ou morte celular. A fração de células tumorais que são CSCs e, portanto, precisam ser eliminadas não está clara.

Os estudos procuraram marcadores específicos e assinaturas proteômicas e genômicas de tumor que distinguem as CSCs de outras. Em 2009, os cientistas identificaram o composto salinomicina , que reduz seletivamente a proporção de CSCs de mama em camundongos em mais de 100 vezes em relação ao Paclitaxel , um agente quimioterápico comumente usado. Alguns tipos de células cancerosas podem sobreviver ao tratamento com salinomicina por meio da autofagia , em que as células usam organelas ácidas , como os lisossomos, para degradar e reciclar certos tipos de proteínas. O uso de inibidores de autofagia pode matar células-tronco cancerosas que sobrevivem por autofagia.

O receptor alfa da interleucina-3 da superfície celular (CD123) é superexpresso em células-tronco leucêmicas CD34 + CD38- (LSCs) na leucemia mielóide aguda (LMA), mas não em células normais da medula óssea CD34 + CD38- . O tratamento de camundongos NOD / SCID enxertados com AML com um anticorpo monoclonal específico de CD123 com LSCs prejudicados que se dirigem à medula óssea e redução da repopulação de células de AML em geral, incluindo a proporção de LSCs em receptores secundários de camundongos.

Um estudo de 2015 empacotou nanopartículas com miR-34a e bicarbonato de amônio e as entregou às CSCs da próstata em um modelo de camundongo. Em seguida, eles irradiaram a área com luz laser infravermelha próxima . Isso fez com que as nanopartículas inchassem três vezes ou mais em tamanho, rompendo os endossomos e dispersando o RNA na célula. miR-34a pode diminuir os níveis de CD44.

Um estudo de 2018 identificou inibidores da família de enzimas ALDH1A e mostrou que eles podem esgotar seletivamente células-tronco de câncer putativas em várias linhagens de células de câncer de ovário.

Caminhos

O projeto de novos medicamentos para direcionar as CSCs requer a compreensão dos mecanismos celulares que regulam a proliferação celular. Os primeiros avanços nessa área foram feitos com células-tronco hematopoéticas (HSCs) e suas contrapartes transformadas em leucemia , a doença para a qual a origem das CSCs é mais bem compreendida. As células-tronco de muitos órgãos compartilham as mesmas vias celulares das HSCs derivadas da leucemia.

Uma célula-tronco normal pode ser transformada em uma CSC por meio da desregulação das vias de proliferação e diferenciação que a controlam ou pela indução da atividade oncoproteica .

BMI-1

O repressor transcricional do grupo Polycomb Bmi-1 foi descoberto como um oncogene comum ativado no linfoma e, posteriormente, mostrado para regular as HSCs. O papel do Bmi-1 foi ilustrado em células-tronco neurais. A via parece estar ativa em CSCs de tumores cerebrais pediátricos .

Entalhe

A via Notch desempenha um papel no controle da proliferação de células-tronco para vários tipos de células, incluindo SCs hematopoiéticas, neurais e mamárias. Componentes dessa via têm sido propostos para atuar como oncogenes em tumores mamários e outros.

Um ramo da via de sinalização Notch que envolve o fator de transcrição Hes3 regula uma série de células em cultura com características de CSC obtidas de pacientes com glioblastoma.

Ouriço sônico e wnt

Essas vias de desenvolvimento são reguladores de SC. Ambas as vias Sonic hedgehog (SHH) e Wnt são comumente hiperativadas em tumores e são necessárias para sustentar o crescimento tumoral. No entanto, os fatores de transcrição Gli que são regulados por SHH levam seu nome de gliomas , onde são altamente expressos. Existe um grau de diafonia entre as duas vias e elas são comumente ativadas juntas. Em contraste, no câncer de cólon, a sinalização de hedgehog parece antagonizar Wnt.

Bloqueadores de hedgehog sônicos estão disponíveis, como a ciclopamina . Uma ciclopamina solúvel em água pode ser mais eficaz no tratamento do câncer. DMAPT, um derivado solúvel em água do partenolide , induz estresse oxidativo e inibe a sinalização de NF-κB para AML (leucemia) e possivelmente mieloma e câncer de próstata. A telomerase é um objeto de estudo na fisiologia do CSC. GRN163L ( Imetelstat ) foi recentemente iniciado em testes para direcionar as células-tronco do mieloma.

A sinalização Wnt pode se tornar independente de estímulos regulares, por meio de mutações em oncogenes e genes supressores de tumor que se tornam permanentemente ativados mesmo que o receptor normal não tenha recebido um sinal. A β-catenina se liga a fatores de transcrição, como a proteína TCF4 e, em combinação, as moléculas ativam os genes necessários. LF3 inibe fortemente esta ligação in vitro, em linhas celulares e reduziu o crescimento do tumor em modelos de camundongo. Impediu a replicação e reduziu sua capacidade de migrar, tudo sem afetar as células saudáveis. Nenhuma célula-tronco cancerosa permaneceu após o tratamento. A descoberta foi produto de um " desenho racional de medicamentos ", envolvendo as tecnologias AlphaScreens e ELISA .

Referências

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