Farmacologia do câncer: transdução de sinais

Farmacologia do câncer: transdução de sinais

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Farmacologia do Câncer: Transdução de Sinais

David A. Barbie e David A. Frank

Introdução Caso Bioquímica da Transdução de Sinais Intercelulares e Intracelulares

Fatores de Crescimento e Receptores de Fatores de Crescimento Vias de Transdução de Sinais Intracelulares Estrutura e Função do Proteassomo Angiogênese

Classes e Agentes Farmacológicos

Antagonistas dos Receptores de Fatores de Crescimento e de

Transdução de Sinais Antagonistas do Receptor do EGF Inibição do BCR-ABL/C-KIT/PDGFR

Inibidores de FLT3 Inibidores de JAK2 Inibição da Via de RAS/MAP Cinase Inibidores do mTOR

Inibidores do Proteassomo Inibidores da Angiogênese

Anticorpos Anti-VEGF Inibidores do VEGFR Talidomida e Lenalidomida

Anticorpos Monoclonais Específicos Contra Tumores

Conclusão e Perspectivas Futuras Leituras Sugeridas

A terapia antineoplásica tradicional consiste em agentes dirigidos contra a replicação do DNA e a divisão celular. Esses fármacos exibem certo grau de seletividade contra as células cancerosas, que tendem a apresentar uma maior fração de crescimento e, em alguns casos, uma suscetibilidade aumentada à lesão do DNA em comparação com as células normais. Entretanto, a janela terapêutica desses fármacos é estreita, com conseqüente toxicidade para as células-tronco normais e efeitos adversos hematológicos e gastrintestinais. Com os avanços impressionantes da biologia básica das células tumorais nessas últimas décadas, e a identificação de numerosos oncogenes e genes supressores de tumor, existe o potencial de desenvolver agentes que tenham alvos mais específicos na circuitação molecular responsável pela proliferação descontrolada das células cancerosas. Um dos primeiros exemplos de um fármaco desse tipo é o modulador seletivo dos receptores de estrogênio, o tamoxifeno (ver Cap. 28), que tem sido um dos agentes mais ativos no tratamento do câncer de mama positivo para receptores de hormônios, com perfil relativamente modesto de efeitos adversos. Mais recentemente, o notável sucesso do mesilato de imatinibe no tratamento da leucemia mielógena crônica sugeriu que, em alguns casos, as células tumorais dependem de determinados oncogenes, como BCR-ABL, para a sua sobrevida. Este capítulo ressalta os princípios básicos da terapia do câncer dirigida contra alvos e fornece detalhes dos recentes avanços e tendências para o futuro.

n Caso

M.W. é uma mulher de 65 anos de idade, com câncer pulmonar de células não-pequenas metastático. Nunca fumou, e o tumor primário consiste em adenocarcinoma com características bronquioalveolares. Foi inicialmente tratada com cisplatina e paclitaxel, porém o tumor está progredindo. Após discussão com o seu oncologista, M.W. é tratada com o inibidor do receptor do fator de crescimento da epiderme (EGFR) oral, o erlotinibe. Embora desenvolva exantema cutâneo e diarréia com esse tratamento, a paciente tolera bem a medicação. São efetuadas tomografias computadorizadas para reestadiamento 2 meses após o início do tratamento com erlotinibe. Os exames revelam uma notável redução na carga tumoral, e depois de 6 meses M.W. não apresenta nenhuma evidência residual de câncer. A determinação da seqüência do gene do EGFR de seu tumor primário revela uma mutação no domínio de cinase no códon 858, resultando em substituição da leucina por arginina (L858R). Infelizmente, M.W. desenvolve subseqüentemente resistência ao erlotinibe e sofre recidiva da doença. A realização de nova biópsia revela uma nova mutação no domínio do EGFR cinase no códon 790 (T790M). Decide participar de um estudo clínico do HKl-272, um inibidor irreversível do EGFR, que demonstrou ter atividade in vitro contra células de câncer pulmonar apresentando essa mutação.

n 1. De que maneira a sinalização através do EGFR promove o crescimento e a sobrevida das células?

656 | Capítulo Trinta e Oito n 2. Através de que mecanismo o erlotinibe inibe o EGFR e o crescimento de células cancerosas? n 3. Como poderiam ser selecionados subgrupos de pacientes para terapia efetiva dirigida contra alvos? n 4. Quais os mecanismos responsáveis pela resistência à terapia dirigida para alvos e como essa resistência poderia ser superada?

A estimulação do crescimento e da proliferação das células por sinais externos é mediada pela interação de fatores de crescimento com receptores específicos de superfície celular. Tipicamente, os receptores dos fatores de crescimento contêm um domínio extracelular de ligação do ligante, um domínio transmembrana hidrofóbico e uma cauda citoplasmática que possui atividade intrínseca de tirosinocinase ou uma proteína associada de tirosinocinase (Fig. 38.1A,B). Em geral, a ligação do fator de crescimento resulta em oligomerização do receptor, em mudança na conformação do domínio citoplasmático do receptor e em ativação da tirosinocinase. Subseqüentemente, os alvos intracelulares são fosforilados, propagando um sinal que culmina em progressão pelo ciclo celular e em proliferação celular.

Exemplo de um receptor de tirosinocinase é o receptor do fator de crescimento da epiderme (EGFR), que possui atividade intrínseca de tirosinocinase e que pertence à família ErbB mais ampla de proteínas, incluindo EGFR (ErbB1), HER-2/neu (ErbB2), ErbB3 e ErbB4. A ligação do fator de crescimento da epiderme (EGF) ou do fator transformador de crescimento

(TGF- ) a EGFR resulta em homodimerização do receptor e propagação de um sinal de crescimento. Além disso, pode ocorrer heterodimerização entre membros da família, produzindo maior diversidade no sinal transduzido. Os receptores ErbB são expressos nas células epiteliais e, com freqüência, são ativados ou hiperexpressos numa variedade de carcinomas (por exemplo, o EGFR no câncer pulmonar de células não-pequenas e o HER-2/neu no câncer de mama).

Outros exemplos de receptores de tirosinocinase incluem o receptor do fator de crescimento derivado das plaquetas (PDGFR), o receptor do fator de crescimento dos fibroblastos (FGFR), o c-KIT e a tirosinocinase semelhante a FMS (FLT- 3). A sinalização através desses receptores ativa o crescimento de determinados tecidos hematopoéticos e mesenquimatosos, e observa-se freqüentemente uma desregulação desses receptores em distúrbios mieloproliferativos específicos, leucemias e sarcomas (Quadro 38.1).

Outros receptores hematopoéticos dependem da interação com uma tirosinocinase citoplasmática associada para a transdução de um sinal de crescimento. Por exemplo, os receptores de citocinas tipo I, como o receptor de eritropoetina (EpoR), o receptor de trombopoetina (TpoR) e o receptor do G-CSF (GCSFR), formam homodímeros especificamente orientados com a ligação do ligante, resultando em ativação da tirosinocinase associada a JAK2, levando a uma sinalização adicional e, por fim, ao crescimento da célula. A ocorrência de mutações ativadoras dos próprios receptores (por exemplo, EpoR) foi implicada em determinadas afecções, como a policitemia congênita. Recentemente, foi constatada a ocorrência de uma mutação ativadora de JAK2, resultando em conversão da valina em fenilalanina na posição 617 (V617F) numa maioria de pacientes com o distúrbio mieloproliferativo policitemia vera e em uma proporção significativa de pacientes com trombocitemia essencial e metaplasia mielóide com mielofibrose.

A ativação de um receptor de fator de crescimento dá início à transdução de uma série de sinais intracelulares, culminando em eventos como entrada no ciclo celular, promoção da tradução de proteínas e crescimento celular e aumento da sobrevida da célula. Duas grandes categorias de vias ativadas por tirosinocinases de receptores incluem a via da RAS-MAP cinase e a via da fosfatidilinositol-3-cinase (PI3K)-AKT (Fig. 38.2).

Tyr TyrP

TyrTyr Tyr P Tyr P

Atividade de tirosinocinase

Tyr Tyr Tyr

Tyr Tyr P Tyr P

Atividade de tirosinocinase

Ligante (por exemplo, EGF)

Ligante (por exemplo, EPO)

Domínio de ligação do ligante

Domínio transmembrana

Domínio de tirosinocinase

Domínio de ligação do ligante

Domínio transmembrana

Proteína tirosinocinase inativa (por exemplo, JAK2)

Proteína alvo intracelular

Proteína alvo intracelular

Fig. 38.1 Estrutura e função dos receptores dos fatores de crescimento. A. Os receptores de fatores de crescimento, exemplificados pelo receptor do fator de crescimento da epiderme (EGF), contêm um domínio de ligação do ligante extracelular, um domínio transmembrana hidrofóbico e um domínio citoplasmático com atividade intrínseca de tirosinocinase. A ligação do ligante resulta em homodimerização do receptor (ou em heterodimerização no caso de outros membros da família), deflagrando a ativação da tirosinocinase, a autofosforilação do receptor e a fosforilação de proteínas alvo intracelulares. B. Os receptores dos fatores de crescimento exemplificados pelos receptores de citocinas I (como o receptor de eritropoetina [EPO]) carecem de atividade intrínseca de tirosinocinase. Na verdade, esses receptores estão associados a proteínas intracelulares tirosinocinases, como JAK2. Com a dimerização do receptor induzida pelo ligante, a cinase associada é ativada e autofosforilada, resultando no recrutamento e na fosforilação de proteínas alvo intracelulares.

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O gene ras de Kirsten foi inicialmente identificado como oncogene retroviral em ratos, e subseqüentemente foi constatado ter vários homólogos humanos, incluindo K-ras, H -ras e N-ras. A proteína (RAS) codificada pelo gene ras é dirigida para a membrana plasmática pela adição, mediada pela farnesiltransferase, de um grupo farnesil hidrofóbico à sua extremidade COOH terminal; esse processo específico traz a proteína RAS em estreita proximidade com receptores de tirosinocinases ativadas. Outras tirosinocinases não-receptoras intracelulares, como ABL e SRC, também originalmente identificadas como produtos de oncogenes, também podem ativar a sinalização através de RAS (Fig. 38.2A).

Com o processo de ativação através da ligação ao GTP, a

RAS desencadeia uma série de eventos de fosforilação através das cinases RAF, MEK e ERK (MAP cinase), cujos alvos incluem fatores de transcrição que promovem a ativação de genes envolvidos na proliferação. Por exemplo, a ativação da transcrição da ciclina D resulta na expressão da ciclina D e sua ligação a seus parceiros catalíticos, as cinases ciclina-dependentes 4 e 6 (CDK4 e CDK6) (Fig. 38.3). Esses complexos iniciam a fosforilação da proteína do retinoblastoma (pRB), retirando, assim, a repressão do fator de transcrição E2F pela pRB. O E2F medeia a expressão de componentes do processo de replicação do DNA e de enzimas envolvidas na síntese de nucleotídios. Por conseguinte, a fosforilação da pRB pela ciclina D/CDK4/6 e dos complexos de ciclina-CDK subseqüentes resulta na transição da fase G1 para a fase S e em progressão pelo ciclo celular. Embora tudo isso possa parecer desnecessariamente complicado, essas cascatas de sinalização permitem a integração de diversos sinais extracelulares e intracelulares, a oportunidade de múltiplos pontos de controle por retroalimentação e a regulação rigorosa de eventos críticos, como a proliferação celular.

Uma segunda via importante de sinalização intracelular é controlada pela lipídio cinase PI3K. A estimulação de receptores para fatores de crescimento, como a insulina ou o fator de crescimento semelhante à insulina (IGF), leva comumente à ativação da PI3K, através de uma proteína associada de substrato do receptor de insulina (IRS). Os membros da família ErbB também podem ativar essa via através da fosfolipase C- (PLC- ), e a proteína RAS também pode promover a sinalização através dessa via (Fig. 38.2B). A ativação do PI3K resulta em geração de fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato (PIP3) a partir de fosfolipídios da membrana plasmática, ativação da cinase- 1 fosfoinositídio-dependente (PDK-1) através de translocação para a membrana celular e fosforilação de AKT por PDK-1. Essa via é regulada negativamente pela lipídio fosfatase PTEN, que degrada o PIP3. Os efeitos distais da ativação de AKT incluem a promoção da tradução e o crescimento celular pelo alvo da rapamicina nos mamíferos (mTOR). Além disso, a fosforilação dos fatores de transcrição da família cabeça bifurcada (forkhead) (FOXO) pela AKT resulta em sua exclusão do núcleo, impedindo a expressão dos genes envolvidos na parada do ciclo celular, resistência ao estresse e apoptose. Por conseguinte, o efeito final da ativação da via PI3K-AKT consiste em promover a sobrevida da célula.

A sinalização através dos receptores de citocina tipo I está associada à ativação da via JAK-STAT (Fig. 38.2C). Os receptores dos fatores de crescimento, como EGFR, bem como as tirosinocinases intracelulares, como SRC, também podem sinalizar através da ativação de STAT, uma família de proteínas que transitam do citoplasma para o núcleo e deste para o citoplasma a fim de regular diretamente a transcrição. A ativação das JAK ou Janus cinases, através de transfosforilação induzida pela dimerização do receptor, permite o recrutamento de proteínas STAT através de seus domínios SH2. A seguir, as proteínas STAT são fosforiladas, levando à formação de homodímeros ou heterodímeros mediados pelo domínio SH2, que sofrem translocação para o núcleo, regulando a transcrição.

Os processos celulares essenciais, como a progressão pelo ciclo celular e a apoptose, também são regulados em nível pós-tradução pela degradação de proteínas. Um dos principais sistemas envolvidos nesse controle é a via da ubiquitinaproteassomo, constituída por três enzimas cujos alvos consistem em proteínas específicas para conjugação da ubiquitina e destruição pelo proteassomo (Fig. 38.4A). A ubiquitina é uma proteína de 9-kDa, cujo nome deriva de sua distribuição disseminada pelos tecidos e conservação através dos eucariotas. A primeira enzima envolvida no processo, a E1, utiliza o ATP para ativar a ubiquitina. A segunda enzima da cascata, a E2, é uma enzima de conjugação da ubiquitina que transporta transitoriamente a ubiquitina e atua juntamente com a terceira enzima, a ubiquitina ligase E3, para formar uma cadeia de poliubiquitina, que é transferida para a proteína-alvo em um resíduo de lisina interno.

A E1 é inespecífica, e existem diferentes enzimas E2 de conjugação da ubiquitina, com grau limitado de especificidade. O componente de ubiquitina ligase das E3 é responsável, em grande parte, pela especificidade da proteína alvo. A família RING de ligases da E3 contém um domínio RING finger característico, com resíduos de histidina e cisteína conservados,

QUADRO 38.1 Receptores de Tirosinocinases Associados ao Câncer

EGFR (ErbB1)Câncer pulmonar de células não-pequenas

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