Amedida que as células cancera­genas evoluem, muitos de seus genes se tornam hiperativos enquanto outros são rejeitados. Essas alterações genanãticas podem ajudar os tumores a descontrolarem-se e a se tornarem mais agressivos, a se adaptarem a smudanças nas condições e, eventualmente, levar o tumor a meta¡stase e a se espalhar por outras partes do corpo.

Os pesquisadores do MIT e da Universidade de Harvard agora mapearam uma camada adicional de controle que guia essa evolução - uma sanãrie demudanças estruturais na "cromatina", a mistura de protea­nas, DNA e RNA que compaµe os cromossomos das células. Em um estudo de tumores de pulma£o de camundongo, os pesquisadores identificaram 11 estados de cromatina, também chamados estados epigena´micos, pelos quais as células cancera­genas podem passar a  medida que se tornam mais agressivas.

"Este trabalho fornece um dos primeiros exemplos do uso de dados epigena´micos de canãlula única para caracterizar de maneira abrangente os genes que regulam a evolução do tumor no ca¢ncer", diz Lindsay LaFave, um pa³s-doc do MIT e principal autor do estudo.

Além disso, os pesquisadores mostraram que uma molanãcula chave encontrada nos estados mais agressivos das células tumorais também estãoligada a formas mais avana§adas de câncer de pulma£o em humanos e pode ser usada como biomarcador para prever os resultados dos pacientes.

Tyler Jacks, diretor do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Ca¢ncer do MIT, e Jason Buenrostro, professor assistente de células-tronco e biologia regenerativa da Universidade de Harvard, são os principais autores do estudo, que aparece hoje na Cancer Cell .

Enquanto o genoma de uma canãlula contanãm todo o seu material genanãtico, o epigenoma desempenha um papel crítico na determinação de quais desses genes sera£o expressos. O genoma de cada canãlula tem modificações epigena´micas - protea­nas e compostos químicos que se ligam ao DNA, mas não alteram sua sequaªncia. Essas modificações, que variam de acordo com o tipo de canãlula, influenciam a acessibilidade dos genes e ajudam a diferenciar uma canãlula pulmonar de um neura´nio, por exemplo.

Acredita-se também que as alterações epigena´micas influenciem a progressão do ca¢ncer. Neste estudo, a equipe do MIT / Harvard decidiu analisar as alterações epigena´micas que ocorrem a  medida que os tumores de pulma£o se desenvolvem em camundongos. Eles estudaram um modelo de rato de adenocarcinoma de pulma£o, que resulta de duas mutações genanãticas especa­ficas e recapitula de perto o desenvolvimento de tumores de pulma£o humano.

Usando uma nova tecnologia para análise de epigenoma unicelular desenvolvida por Buenrostro, os pesquisadores analisaram as alterações epigena´micas que ocorrem a  medida que as células tumorais evoluem dos esta¡gios iniciais para os esta¡gios posteriores, mais agressivos. Eles também examinaram células tumorais que haviam metastizado além dos pulmaµes.

Esta análise revelou 11 estados diferentes da cromatina, com base nas localizações das alterações epigena´micas e na densidade da cromatina. Dentro de um aºnico tumor, pode haver células de todos os 11 estados, sugerindo que as células cancera­genas podem seguir diferentes vias evolutivas.

Para cada estado, os pesquisadores também identificaram alterações correspondentes nas quais os reguladores genanãticos chamados fatores de transcrição se ligam aos cromossomos. Quando os fatores de transcrição se ligam a  regia£o promotora de um gene, eles iniciam a ca³pia desse gene no RNA mensageiro, controlando essencialmente quais genes estãoativos. Modificações de cromatina podem tornar os promotores de genes mais ou menos acessa­veis aos fatores de transcrição.

"Se a cromatina estiver aberta, um fator de transcrição pode se ligar e ativar um programa genanãtico especa­fico", diz LaFave. "Esta¡vamos tentando entender essas redes de fatores de transcrição e, então, quais eram seus alvos posteriores".

Amedida que a estrutura da cromatina das células tumorais mudava, os fatores de transcrição tendiam a atingir genes que ajudariam as células a perder sua identidade original como células pulmonares e a se tornarem menos diferenciadas. Eventualmente, muitas das células também ganharam a capacidade de deixar seus locais originais e semear novos tumores.

Grande parte desse processo foi controlada por um fator de transcrição chamado RUNX2. Nas células cancera­genas mais agressivas, o RUNX2 promove a transcrição de genes para protea­nas secretadas pelas células. Essas protea­nas ajudam a remodelar o ambiente ao redor do tumor para facilitar a fuga das células cancera­genas.

Os pesquisadores também descobriram que essas células tumorais agressivas pré-pré-asta¡ticas eram muito semelhantes a s células tumorais que já haviam sido metastizadas.

"Isso sugere que, quando essas células estavam no tumor prima¡rio, elas realmente mudaram seu estado de cromatina para parecer uma canãlula metasta¡tica antes de migrarem para o ambiente", diz LaFave. "Acreditamos que eles sofrem uma alteração epigenanãtica no tumor prima¡rio que lhes permite migrar e depois se espalhar em um local distal, como os ga¢nglios linfa¡ticos ou o fa­gado".

Os pesquisadores também compararam os estados de cromatina que eles identificaram nas células tumorais de ratos aos estados de cromatina observados nos tumores de pulma£o humano. Eles descobriram que o RUNX2 também era elevado em tumores humanos mais agressivos, sugerindo que poderia servir como um biomarcador para prever os resultados dos pacientes.

"O estado positivo de RUNX foi altamente preditivo de baixa sobrevida em pacientes com câncer de pulma£o humano", diz LaFave. “Tambanãm mostramos o inverso, onde temos assinaturas de estados iniciais, e eles prevaªem melhor prognóstico para os pacientes. Isso sugere que vocêpode usar essas redes reguladoras de genes unicelulares como ma³dulos preditivos em pacientes. ”

O RUNX também pode ser um potencial alvo de drogas, embora tradicionalmente tenha sido difa­cil projetar drogas que tenham como alvo fatores de transcrição, porque geralmente não possuem estruturas bem definidas que possam atuar como locais de ancoragem de drogas. Os pesquisadores também estãobuscando outros alvos em potencial entre as alterações epigena´micas que eles identificaram nos estados mais agressivos das células tumorais. Esses alvos podem incluir protea­nas conhecidas como reguladores de cromatina, responsa¡veis ​​pelo controle das modificações químicas da cromatina.

"Os reguladores da cromatina são mais facilmente direcionados porque tendem a ser enzimas", diz LaFave. "Estamos usando essa estrutura para tentar entender quais são os alvos importantes que estãoimpulsionando essas transições de estado e, em seguida, quais são terapeuticamente segmenta¡veis".

A pesquisa foi financiada por uma bolsa de pa³s-doutorado da Damon Runyon Cancer Foundation, o Paul G. Allen Frontiers Group, os Institutos Nacionais de Saúde e o Koch Institute Support (core) Grant do National Cancer Institute.