Dinâmica fenotípica em tumores e o papel das mitocôndrias na resposta à quimioterapia

Abstract

O câncer é um problema de saúde pública que leva milhares de pessoas à óbito todo ano. O maior desafio para a terapia é a evolução tumoral, e embora a seleção de células resistentes tenha um importante papel nesse processo, está cada vez mais claro que outros mecanismos estão envolvidos. Entre esses mecanismos, características celulares que mudam ao longo do tempo (dinâmicas fenotípicas) devem contribuir para a tolerância de células tumorais, que eventualmente podem se tornar resistentes. Nesse sentido, esta tese tem como principal objetivo identificar características que contribuam para o desenvolvimento da tolerância através de flutuações que geram diferenças entre células clonais (geneticamente idênticas). Os resultados alcançados mostram que a capacidade de deixar descendentes (fitness) varia entre células clonais, em situação controle e após tratamento com temozolomida (TMZ). Esses achados são de extrema relevância para a biologia tumoral já que o fitness é a característica que vai determinar se a doença irá progredir ou não, e foram possíveis através da formulação de uma nova metodologia para avaliar dinâmica fenotípica chamada de Dynafit (análise da dinâmica de fitness – Dynamic Analysis of Fitness). Alguns fenótipos que contribuem para essa instabilidade foram identificados: atividade de ERK, dessincronização do ciclo celular, dano ao DNA e indução de senescência. Ainda, a modulação epigenética reduziu a instabilidade fenotípica e a morte fractional em colônias. Por fim, foi demonstrado a ocorrência de partição assimétrica mitocôndrial, que contribui para a geração de heterogenidade, que por sua vez é um dos principais obstáculos no tratamento de glioblastomas. Uma vez que a massa mitocôndrial tem um impacto sobre o fitness, como sugerido por outros e confirmado na presente tese, a ocorrência de partição assimétricas dessa organela gera células irmãs com diferentes níveis de sensibilidade. Também, foi demonstrado que a massa e a rede mitocôndrial são alteradas em resposta à TMZ. As conclusões deixam claro que para o aumento da eficácia do tratamento de tumores a instabilidade fenotípica deve ser levada em consideração, uma vez que a tolerância gerada por essa instabilidade contribui para o desenvolvimento da resistência e recidiva da doença.

Cancer is a public health problem that kills thousands of people every year. The major challenge to therapy is the tumor evolution, and even thought the selection of resistant clones have an important role in this process, it is clear now that other process are involved. Among them, cellular characteristics that change over time (phenotypic dynamics) must contribute to the tolerance of tumoral cells, that eventually can become resistant. In that regard, this tesis have as a major aim identify characteristics that contribute to the development of tolerance through fluctuations that generate differences in clonal cells (genetically identical). The results show that the capacity to leave descendants (fitness) varies between clones, both in control and after treatment with temozolomide (TMZ). These findings are relevant to tumoral biology once the fitness is the characteristic that will determine if the disease progresses or not, and were achieved through the formulation of a new methodological approach to evaluate the phenotypic dynamic named Dynafit (Dynamic Analysis of Fitness). Same phenotypes that contribute to the instability of fitness were identify: ERK activity, cell cycle desynchronization, DNA damage and induction of senescence. Yet, the epigenetic modulation reduced the phenotypic instability and the fractional killing inside colonies. Finally, it was demonstrated the occurrence of asymmetric partition of mitochondria, that contributes to the generation of heterogeneity, that in turn is one of the main obstacles in the treatment of glioblastomas. Once the mitochondrial mass has an impact on fitness, as suggested by others and confirmed in this thesis, the occurrence of asymmetric partition of mitochondria generate sister cells with differences in sensitivity. Additionally, it was demonstrated that the mitochondrial mass and network are modified in response to TMZ. The conclusions clarify that to increase the effectiveness of tumor treatment, the phenotypic instability must be considered, once the tolerance generated through phenotypic instability contributes to the development of resistance and relapse of the disease.