Conceitos de Biologia Molecular

CÂNCER DE PULMÃO E BIOLOGIA MOLECULAR: CONCEITOS
BÁSICOS.
Itamar S. Oliveira-Júnior,
Mestre em Ciências da Saúde pela UNIFESP-EPM
Doutorando da Disciplina de Pneumologia da UNIFESP-EPM
Membro da “Sociedad Española Interdiciplinaria del SIDA”, España
Membro da “International Federation of AIDS Society”, Suiça
Ex-Fellowship “Heart Center of Tulsa”, EUA
PARTE I
Prólogo
O câncer (CA) segue sendo uns dos maiores e mais perigosos
inimigos de nosso próprio corpo, com um elevado índice de mortalidade
em indivíduos maiores de 40 anos.
Durante a década de 90 começamos a entender a Biologia Molecular
(BioMol) do Câncer com maior exatidão e detalhes surpreendentes.
A BioMol transmite nestes momentos otimismo e entusiasmo porque
vislumbra a cura desta enfermidade versátil e complexa.
Nosso objetivo fundamental, ao escrever este texto, é o de transmitir
noções fundamentais para estudantes de medicina, biomedicina, biologia,
farmácia e médicos em geral, assim como para pós-graduandos da área
das ciências biológicas e da saúde que estejam envolvidos em campos
relacionados com a oncologia.
Nesta primeira parte iremos repassar as noções sobre Câncer e
Biologia Molecular (BioMol), para podermos nos aprofundar cada vez mais
na BioMol e no Câncer de Pulmão.
Conceitos básicos sobre o Câncer e Biologia Molecular
CÂNCER
A palavra Câncer é empregada para descrever um complexo e
heterogêneo grupo de estados patológicos no qual as células proliferam
descontroladamente e invadem tecidos vizinhos.
O câncer é uma enfermidade de caráter genético, que se produz ao
serem eliminadas as restrições que limitam a divisão celular em células de
tecidos já diferenciados e na maioria dos casos é uma enfermidade
adquirida e, com freqüência, de caráter irreversível.
Existem numerosos estudos que correlacionam a incidência de
determinados cânceres com o estilo de vida, os hábitos, dietas, profissões,
lugar geográfico, etc. O que ocorre é um crescimento descontrolado de um
grupo de células dentro de um tecido fazendo com que, na maioria das
vezes, se inicie a produção de uma massa celular diferenciada do resto,
denominado tumor.
Este tumor pode ser:
1 - Não invasivo: constituído por um conjunto de células que
permanecem “encapsuladas” no local de origem sem produzir maiores
danos aos tecidos adjacentes. Neste caso consider-se o tumor como
benigno.
2 - Invasivo: quando somamos ao crescimento e proliferação
descontrolados a propriedade de invasão e dispersão a outros tecidos com
produção de metástase, neste caso o tumor será catalogado como
maligno. Metástase é um tumor secundário originado pela disseminação
de células cancerosas procedentes de um primeiro tumor (ou tumor
primário).
Outra forma de denominação do câncer é neoplasia, que significa
literalmente “novas proliferações” ou multiplicação progressiva de células,
e estas podem se iniciar a partir de células normais em qualquer tecido
sadio.
Biológica e clinicamente a classificação mais importante dos tumores
se encontra entre tumores benignos e malignos, dos quais somente
estes últimos são considerados propriamente cânceres:
- Tumor benigno: 1) não necessariamente avança para a malignidade, 2)
se mantêm parecido com o tecido de origem, 3) nem todos os tipos de
tecidos podem estar implicados e 4) muitas vezes estão separados do
tecido normal por uma espécie de cápsula de tecido conjuntivo.
Citologicamente não se diferenciam muito de células normais e os
problemas clínicos surgem, em muitos casos, de maneira indireta por
pressão da massa tumoral sobre nervos ou outros tecidos próximos;
- Tumor maligno: ao contrário do anterior apresenta numerosas
anormalidades citológicas, tais como: 1) variações na forma e tamanho, 2)
aumento da densidade e tamanho do núcleo celular, 3) mitoses anormais,
4) não se “encapsulam”, 5) destroem a membrana basal invadindo vasos
sangüíneos e nódulos linfáticos.
Conceitos básicos sobre Biologia Molecular
Do ponto de vista molecular sabemos que cada célula possui uma
série de genes (unidade biológica da hereditariedade, que se autoreproduz e é transmitida para outras gerações) que “controlam” as funções
de crescimento e divisão celular. Os genes cujas alterações produzem ou
contribuem para o aparecimento do câncer são denominados oncogenes
(do grego onkos= tumor), e o homólogo celular normal constitui o protooncogene.
Ácidos Nucléicos
Os ácidos nucléicos são constituídos por unidades elementares
denominadas
"nucleotídeos",
os
quais
estão
formados
por
três
componentes:
1.Molécula de açúcar
Ribose, no caso do ácido ribonucléico (RNA):
Desoxirribose, no caso do ácido desoxirribonucléico (DNA).
2.Base orgânica nitrogenada
Adenina, guanina (bases púricas), citosina e timina (bases
pirimidínicas) no caso do DNA.
Adenina, guanina (bases púricas), citosina e uracila (bases
pirimidínicas) no caso do RNA.
3.Grupos fosfato
Os nucleotídeos se unem formando cadeias cujo esqueleto está
formado pela união entre o açúcar de um nucleotídeo e o fosfato do
seguinte, ficando as bases nitrogenadas na parte central, unidas cada uma
ao C1 do açúcar. Estas bases são as que conferem especificidade ao
ácido nucléico.
ESTRUTURA DO DNA
Estrutura primária
A estrutura primaria é dada pela seqüência de nucleotídeos. Quando
se deseja representar a seqüência de um oligonucleotídeo ou de um ácido
nucléico, se representa mediante a terminologia de cada uma das bases.
Por exemplo: 5'-ATC CCA GCC CGA TTA AAG CC-3'.
Esta seqüência representa um oligonucleotídeo com 20 bases, das
quais 6 são adeninas (A), 3 são timinas (T), 8 são citosinas (C) e 3
guaninas (G).
A ordem da seqüência é muito importante, uma vez que nela reside a
informação contida no ácido nucléico. A maioria das moléculas de DNA
possui duas cadeias antiparalelas (uma sense, filamento que é transcrito e
especifica um produto, 5´-3´ e a outra antisense, que é o filamento
complementar, 3´-5´) unidas entre si mediante as bases nitrogenadas, por
meio de pontes de hidrogênio; o 5' representa o extremo terminal do
fosfato e o 3' o extremo final do átomo de carbono da desoxirribose.
Estrutura secundaria
Edwin Chargaff analisando as bases do DNA mediante métodos
cromatográficos descobriu que estas não se encontram na mesma
proporção e que o número de adeninas é igual ao de timinas e o de
citosinas, ao de guaninas.
Em 1953 James Watson y Francis Crick construíram um modelo
tridimensional
do
DNA
com
a
configuração
mais
favorável
energeticamente, combinando os dados obtidos até então sobre ele, os
descobrimentos de Chargaff e a interpretação tridimensional dos espectros
de difração de Raios X; este último foi de grande importância para a
consecução de tal modelo, o qual consiste em uma dupla hélice
antiparalela cujo esqueleto fundamental está formado pelas cadeias de
açúcar-fosfato, ficando na parte central as bases, enfrentadas as de uma
cadeia com as da outra complementaria e formando entre si pontes de
hidrogênio, fator que confere estabilidade a dupla hélice. O enfrentamento
de bases é constante; a adenina sempre se enfrenta com a timina e entre
elas se formam duas pontes de hidrogênio, e a guanina com a citosina,
formando-se entre ambas três pontes de hidrogênio. Esta característica faz
com que as duas cadeias sejam complementarias.
No que se diz respeito ao CA de pulmão é interessante conhecer
melhor o comportamento biológico do mesmo para poder aplicar novas
estratégias terapêuticas.
Com base em alterações genéticas relacionadas com a presença de
mutações (alterações produzidas na estrutura ou no número de genes
que se transmite aos descendentes por herança), translocações
(mudança de um segmento de cromossomo para a outra parte de um
cromossomo homólogo ou ao interior de um cromossomo não homólogo)
ou deleções (forma de alteração cromossômica que consiste na perda de
uma porção de um cromossomo). Atualmente é possível visualizar um
padrão molecular de uma enfermidade neoplásica com conotações
diagnósticas e prognosticas importante.
Os genes supressores de tumores (GST) são genes que em seu
estado normal codificam uma proteína inibitória do crescimento ou da
proliferação celular, ou seja, os GST mantêm a integridade a nível celular.
Como exemplo podemos citar o gene p53, que é um GST e que
possui ciclo celular no “ponto de checagem (checkpoint)” G1/S (intervalo
1/síntese). Quando ocorre uma alteração no DNA a p53 se acumula e
através de induções e ativações o ciclo é detectado e mantido
corretamente. Caso a p53 falhe o ciclo continuará mantendo a alteração no
DNA levando a mutação do gene.
A biologia molecular também vem avançando no campo de
marcadores tumorais (MT), que são utilizados no diagnóstico do CA, mas
ainda não são úteis para conhecer a evolução do paciente, o prognóstico e
as metástases. O conceito de MT se refere a toda a substância de caráter
bioquímico produzido pelas células tumorais ou por células do hospedeiro
cuja presença pode ser detectada no soro ou em outros líquidos.
Estudos realizados por Mullis e Faloona com a polimerase, enzima
que catalisa o ato ou processo de formar um composto em especial de
nucleotídeo para polinucleotídeo, começaram a dar resultados e em 1986
surgiu a reação em cadeia da polimerase (PCR), técnica que permite a
amplificação in vitro de um trecho de DNA. Nesta técnica se reproduz o
processo de replicação, processo pelo qual uma molécula de DNA origina
outra idêntica a pré-existente, natural do DNA com a vantagem de extrema
rapidez e determinação precisa do trecho a ser amplificado para estudo.
Esta técnica deu um grande avanço no estudo do DNA, pois através
dela conseguimos estudar porções da cadeia de DNA e identificar as
alterações a nível celular e molecular.
O processo de replicação é realizado pela DNA polimerase, que atua
sobre as fitas não pareadas de DNA, para se iniciar a duplicação a DNA
polimerase necessita que a fita de interesse possua alguns nucleotídeos
complementares pareados em seu início (sense). A separação ocorre por
desnaturação
térmica
e
os
oligonucleotídeos,
seqüências
curta
sintetizadas para se equipararem a uma região onde ocorre mutação e a
seguir utilizada como uma sonda, complementares (primers) nas
extremidades do trecho a ser amplificado garantem o pareamento inicial
para que a polimerase inicie a replicação.
Bibliografias
Alvarez MG., Besa P. Biological Basis of Cancer and Clinical Applications.
Edición Temprana. 2000.
Harrison´s Principles of Internal Medicine. Fauci AS editor, et al. 1997.
Fourteenth Edition. The McGraw-Hill Companies, Inc.
Mullis KB, Faloona FA. Specific synthesis of DNA in vitro by polymerase
catalysed chain reaction. Meth Enzymol. 1987; 1155:335-350.
Oliveira-Junior IS. Development in gene therapy: Tumor Suppressor Gene and
Vectors. Braz J Med Biol Res. 2002;
Perera FP. Environment and Cancer: Who are Suceptible? Science 1997;
278 (5340):1536-1542.
Sherr CJ. Cancer Cell Cycles. Science. 1996; 274 (5293):1672-1677.
Ziegler A. Oncogenes y Anti-oncogenes. Apuntes MEB310F. 1998.
Molecular Biology of the Cell. Third Edition. Alberts B. editor, et al. 1994.
Garland Publishing Inc.
In situ hybridization – Principles and Practices. Second Edition. Julia M.
Polak and James O’D. McGee, 1998. Oxford Medical Publication