Com DNA topoisomerase II (topo II) intacta, O DNA em células de levedura de fissão se replica normalmente e é dividido igualmente entre duas células-filhas (à esquerda). Quando sob os efeitos do medicamento anticâncer ICRF-193, o DNA fica emaranhado no centro da célula-mãe, impedindo sua divisão limpa. Crédito:Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa
Muito parecido com cadarços ou colares pendentes, As fitas de DNA podem se enredar em nós indisciplinados. Enzimas especializadas mantêm o DNA organizado quando as células se dividem, para que as células se dividam suavemente e não fiquem presas. Mas em células tumorais, isso à prova de falhas permite que o câncer se espalhe. Agora, cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa aprenderam como esse mecanismo funciona na levedura de fissão e como pode ser prejudicado no câncer humano.
O estudo, publicado online em 11 de janeiro, 2019 pela Journal of Biological Chemistry , concentra-se em um alvo bem estabelecido de terapia do câncer:DNA topoisomerase II, ou topo II para breve. Topo II regula a topologia do DNA, gerenciar a mudança da estrutura dos fios ao longo do tempo. As células cancerosas mostram atividade de topo II aumentada, que por sua vez estimula o crescimento do tumor. Os medicamentos anticâncer Topo II suprimem a função da enzima, impedir a replicação das células tumorais e impedir a propagação do câncer.
Mas os medicamentos de topo II existentes têm mostrado sucesso limitado - os cientistas precisam saber mais sobre o mecanismo básico antes que possam neutralizá-lo com eficácia.
“Muitos pesquisadores estão trabalhando no topo II, mas eles usam principalmente células humanas ou eucarióticas superiores, "disse o Dr. Norihiko Nakazawa, primeiro autor do estudo e cientista da equipe da unidade celular OIST G0, liderado pelo Prof. Mitsuhiro Yanagida. A Unidade optou por estudar topo II em levedura de fissão porque seus mecanismos de divisão celular são amplamente conservados em humanos, ele disse, além de ser rápido e fácil de manipular.
DNA topoisomerase II (topo II), um regulador mestre do metabolismo do DNA para a proliferação celular, é um alvo crítico para a terapia anticâncer. Crédito:Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa
"Podemos capturar rapidamente a reação topo II na levedura, em seguida, avance para estudá-lo em células humanas, "disse Nakazawa." Nosso trabalho mostra que a levedura é um bom modelo para rastrear drogas de topo II e seria um método rápido para utilizar em aplicações clínicas. "
Aumentando a eficácia de medicamentos anticâncer
Os pesquisadores tiveram como objetivo aprender como o topo II opera a nível molecular. Em ampliações maiores, seus efeitos são óbvios; células com a enzima intacta se dividem normalmente, com metade de seu material genético replicado em cada lado da divisão. Sem topo II, o DNA permanece emaranhado no centro da célula-mãe, impedindo sua divisão adequada em duas células-filhas.
Pesquisas anteriores sugerem que o topo II depende da fosforilação - a adição de um grupo fosfato em locais precisos em sua estrutura. Em leveduras de fissão e células humanas, a enzima caseína quinase II, também conhecido como CKII, passos para fosforilar regiões específicas de topo II. Nesse trabalho, Nakazawa identificou essas regiões e descobriu que algumas permaneceram fosforiladas ao longo de todo o ciclo celular. Esta troca química constante aumentou a atividade em uma região do topo II conhecida como "domínio ATPase". Embora os pesquisadores tenham observado o aumento, inicialmente, eles não sabiam dizer como realmente alterou a função de topo II.
Caseína quinase II (CKII) fosforila DNA topoisomerase II (topo II), ativando assim o domínio ATPase da enzima (esquerda). Esta ativação cancela os efeitos do medicamento anticâncer ICRF-193. Se a atividade de CKII for atenuada (direita), a eficácia do ICRF-193 é resgatada. A Unidade Celular G0 demonstrou este mecanismo na levedura de fissão, um modelo simples que poderia ser usado para rastreamento de drogas anticâncer. Crédito:Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa
Os cientistas resolveram o quebra-cabeça lançando um medicamento topo II na mistura. A droga ICRF-193 atua inibindo a atividade ATPase de topo II, que efetivamente prende o DNA em uma configuração compacta, de modo que não pode realizar reações enzimáticas. Mas na presença de CKII, que aumenta a atividade da ATPase, a droga se torna ineficaz.
"Este aprimoramento [do domínio ATPase] quebrou o efeito da droga anticâncer, "disse Nakazawa." Se bloquearmos a fosforilação, essa ativação não acontece e a droga permanece eficaz. "
Base potencial para novas terapias
As evidências sugerem que topo II e CKII interagem nas células humanas da mesma forma que na levedura de fissão. As células cancerosas expressam níveis mais elevados de topo II e CKII do que os tecidos normais, e ambas as enzimas foram associadas à proliferação celular anormal. Agora que os cientistas entendem o mecanismo subjacente da levedura, eles podem aplicar esse conhecimento em estudos futuros em células cancerosas humanas. Algum dia, a pesquisa pode levar a novos tratamentos de câncer.
"Se inibirmos CKII e topo II, pode ser uma forma muito eficaz de inibir a divisão das células cancerosas, "disse Nakazawa." Este efeito aditivo pode ser muito poderoso na terapia do câncer. "
