Como estudar o movimento celular durante o desenvolvimento embrionário pode oferecer novos insights sobre a metástase do câncer

A capacidade do câncer de se espalhar por todo o corpo – um processo conhecido como metástase – é responsável pela grande maioria das mortes por câncer. E uma característica fundamental da metástase é que as células cancerígenas se movem, separando-se de um tumor primário e viajando para partes distantes do corpo.

Na maioria das vezes, porém, o células em nosso corpo fique parado. Então, para entender melhor como as células se separam de um tecido, os cientistas do Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) concentraram sua atenção em um dos raros contextos em que as células se movem bastante: desenvolvimento embrionário.

Esta nova pesquisa do laboratório de Anna-Katerina “Kat” Hadjantonakis, Ph.D., usou microscopia de lapso de tempo de alta resolução para entender melhor como as células em desenvolvimento se libertam de seu tecido de origem durante um processo chamado epitelial-to- transição mesenquimal (EMT). Além de ser uma parte fundamental do desenvolvimento, a EMT é uma marca registrada da metástase do câncer, e estudar o processo em um contexto de desenvolvimento também pode ajudar a esclarecer seu papel no câncer.

O estudo mostra pela primeira vez em detalhes como as células iniciam esse movimento de separação – capturando como elas se espremem para fora de um tecido contraindo suas superfícies e mudando sua forma, juntamente com a identificação de proteínas-chave envolvidas no processo. Os resultados foram publicados em 10 de maio na eLife.

“Sabemos que as células cancerígenas muitas vezes sequestram programas de desenvolvimento para se espalhar por todo o corpo”, diz o Dr. Hadjantonakis, presidente do Programa de Biologia do Desenvolvimento no Sloan Kettering Institute, um centro de pesquisa em biologia fundamental dentro do MSK. “É por isso que faz sentido ter um programa de pesquisa em biologia do desenvolvimento dentro de um centro de câncer como o MSK. Compreender precisamente como esses programas funcionam em células saudáveis ​​normais também pode nos dizer muito sobre o que acontece na doença”.

Superando desafios para estudar o movimento celular durante o desenvolvimento do embrião

Por mais de meia década, o pesquisador sênior Alexandre Francou, Ph.D., vem trabalhando no quebra-cabeça de caracterizar o comportamento das células quando elas se separam de suas vizinhas para se moverem pelo embrião.

“Foi um grande desafio. Havia muitos obstáculos técnicos a serem superados”, disse o Dr. Francou, o primeiro autor do eLife estudar. Antes de ingressar no Hadjantonakis Lab, ele era pesquisador no laboratório da coautora do estudo Kathryn V. Anderson, Ph.D., ex-presidente do Programa de Biologia do Desenvolvimento, que morreu em 2020.

Dr. Francou colocar EMT sob o microscópio, literal e figurativamente. É um processo durante o qual as células epiteliais, como as que revestem as superfícies internas e externas de nossos corpos (pense em células da pele, mas também no revestimento de nossos intestinos e pulmões) se transformam em células mesenquimais (células móveis que são importantes para construir estruturas complexas durante o desenvolvimento e, posteriormente, para cicatrização de feridas e regeneração de tecidos).

Para se transformar em uma versão mais móvel de si mesmas, as células epiteliais precisam perder algumas propriedades muito importantes. Isso inclui a capacidade de ficar próximo aos vizinhos – o que é realmente útil para criar uma superfície contínua, como a pele. Também, células epiteliais têm uma orientação definida (chamada polaridade) para que as partes da célula que interagem com o mundo fiquem de um lado (o lado externo da pele ou o lado de absorção de nutrientes do intestino, por exemplo), enquanto as partes que ancorar a célula ao tecido subjacente estão no lado oposto, voltado para dentro.

A EMT que os pesquisadores estavam estudando acontece no início do desenvolvimento de um embrião durante um processo chamado gastrulação – é quando as células originárias de uma camada epitelial se separam e se movem ao redor do embrião, para depois formar todos os diferentes órgãos e tecidos.

Os pesquisadores criaram filmes de lapso de tempo desse processo EMT em embriões de camundongos. Esse modelo experimental de mamífero se assemelha mais ao desenvolvimento humano do que modelos mais simples, como mosca da fruta e embriões de galinha, que foram usados ​​no passado. Mas o modelo de rato veio com seus próprios desafios, observa o Dr. Francou.

“Nesses outros modelos, as células submetidas a EMT estão na superfície dos embriões e, portanto, são diretamente acessíveis para geração de imagens”, diz ele. “No modelo de camundongo, essas células são internas, obscurecidas por várias camadas de células e são de difícil acesso por microscopia. Além disso, o processo também ocorre como eventos isolados, como pensamos que acontece na metástase do câncer, e não todos juntos através do tecido como em modelos de moscas-das-frutas.”

Então, o Dr. Francou teve que ser persistente. Ele usou modelos de camundongos geneticamente modificados nos quais sondas fluorescentes foram ligadas a proteínas de interesse na membrana celular. Isso permitiu visualizar as superfícies das células e sua forma usando microscopia de alta resolução. E ele combinou essa abordagem com um software sofisticado para poder analisar e quantificar as mudanças nas células.

“Há muita coisa acontecendo nessas células”, diz o Dr. Francou. “Eles estão se contraindo de um lado, alongando do outro lado, mudando de forma e se separando de seus vizinhos à medida que saem do tecido.”

No geral, o estudo lançou uma nova luz sobre os mecanismos moleculares subjacentes ao processo EMT em mamíferos. Descobriu-se que, para romper com o tecido de origem, as células se contraem em uma série de pulsos semelhantes a catracas.

“Você pode pensar nisso como apertar a fivela de um cinto”, diz o Dr. Hadjantonakis. “Essas contrações acontecem de maneira semelhante, passo a passo.”

E o estudo demonstrou que dois grupos de proteínas importantes para preservar a arquitetura das células estão distribuídos de forma desigual em suas superfícies e desempenham papéis críticos em sua contração, o que permite sua fuga de um tecido.

Os pesquisadores também foram capazes de identificar as principais semelhanças e diferenças no processo, uma vez que ocorre em embriões de mamíferos, em comparação com modelos de embriões de moscas-das-frutas invertebrados.

Como estudar um EMT de desenvolvimento pode nos ensinar sobre a metástase do câncer

Estudar EMTs de desenvolvimento pode oferecer novas pistas para prevenir a metástase do câncer, observam os pesquisadores.

“A grande ideia é que a compreensão dos processos fundamentais que normalmente ocorrem durante o desenvolvimento, à medida que as células se movem e os órgãos e tecidos são construídos, não apenas nos ajuda a entender os projetos da vida, mas também nos dá uma visão sobre a doença e aponta para novas maneiras de lidar com a vida. atacar a progressão mortal do câncer para a metástase”, diz o Dr. Hadjantonakis.

“Por exemplo”, acrescenta ela, “se aprendermos que proteínas específicas são necessárias para ajudar uma célula a se separar de suas vizinhas antes de se mover pelo corpo e formar metástase, encontrar uma maneira de bloquear ou interromper essas proteínas localmente pode oferecer um potencial estratégia para prevenir células cancerosas de se espalhar.”

Dedicando o estudo ao Dr. Anderson, seus colegas escreveram: “Kathryn se maravilhou com o espetáculo da gastrulação dos mamíferos e reconheceu os insights que a genética e a imagem trariam”.