O papel da mitose e do tempo na geração de variabilidade de aptidão em células irmãs

Abstract

O câncer é uma doença intrinsicamente heterogênea, sendo composto por uma ampla e diversificada variedade de células. A heterogeneidade intratumoral (ITH) é crucial para determinar a ineficiência terapêutica e favorecimento da carcinogênese. Uma fonte potencial que contribui com a geração de variabilidades a nível celular é a mitose assimétrica (AM), onde logo após a mitose células irmãs já apresentam características diferentes entre si. Além da AM, outro fator que contribui com a ITH é a capacidade que células únicas apresentam de variar suas características/fenótipos ao longo do tempo, favorecendo o surgimento de células resistentes a tratamentos. Sabendo que o câncer é caracterizado por apresentar proliferação descontrolada, a aptidão celular (fitness) pode ser caracterizada como o principal fenótipo associado a biologia tumoral. Compreender os mecanismos que resultam em variabilidades proliferativas, principalmente em câncer, são de extrema relevância para o contexto terapêutico. Nesse sentido, neste trabalho avaliamos o papel da AM e do tempo na geração de variabilidade de fenótipos, especialmente de aptidão celular, em células irmãs. Os resultados obtidos demonstram que células já apresentam variabilidades de aptidão. Fenótipos associados à aptidão, tais como, atividade de ERK, tempo intermitótico (IMT) e indução de dano ao DNA foram avaliados e mostraram-se assimétricos logo após a mitose. No entanto, embora as células já apresentem variabilidade de ERK logo após a mitose (23%), a variabilidade máxima de ERK observada em células irmãs é principalmente adquirida conforme as células progridem no ciclo (33%). A herdabilidade de fenótipos é a chave para a compreensão da geração de heterogeneidade em células tumorais. Nesse sentido, demonstramos que a AM de ERK é herdável, enquanto a variabilidade temporal apresenta influência sobre o IMT das células filhas. Além disso, demonstramos que a atividade de ERK da célula mãe, nas últimas 5h que antecedem a mitose, é capaz de influenciar a atividade de ERK e a média de IMT em células filhas. Nossos achados demonstram como variabilidades em células irmãs podem ser geradas, contribuindo com a heterogeneidade fenotípicas existente em tumores.

Cancer is an intrinsically heterogeneous disease composed of a wide and diverse variety of cells. Intratumoral heterogeneity (ITH) is crucial to determine therapeutic inefficiency and favoring carcinogenesis. A potential source that contributes to the generation of variability at the cellular level is asymmetric mitosis (AM), where right after mitosis sister cells already present different characteristics from each other. In addition to AM, another factor that contributes to ITH is the ability of single cells to vary their characteristics/phenotypes over time, favoring the emergence of treatment-resistant cells. Knowing that cancer is characterized by uncontrolled proliferation, cell fitness can be characterized as the main phenotype associated with tumor biology. Understanding the mechanisms that result in proliferative variability, especially in cancer, is extremely relevant for the therapeutic context. In this sense, we evaluated the role of AM and time in generating phenotype variability, especially fitness, in sister cells. The results obtained demonstrate that cells already present fitness variability. Fitness-associated phenotypes such as ERK activity, intermitotic time (IMT), and DNA damage induction were evaluated and showed to be asymmetric right after mitosis. However, although cells already show ERK variability right after mitosis (23%), the maximum ERK variability seen in sister cells is mainly acquired as the cells progress through the cycle (33%). The heritability of phenotypes is the key to understanding the generation of heterogeneity in tumor cells. In this sense, we demonstrated that the AM of ERK is heritable, while temporal variability influences the IMT of daughter cells. Furthermore, we demonstrate that the ERK activity of the mother cell, in the last 5h before mitosis, can influence the ERK activity and the mean IMT in daughter cells. Our findings demonstrate how sister cell variability can be generated, contributing to the phenotypic heterogeneity that exists in tumors.