Characterisation of prostate cancer sialome re-engineering via CMAH transfection reveals a bystander effect that propagates Neu5Gc presentation to neighbouring cells

A superfície de cada célula humana é revestida por uma camada espessa e açucarada, um manto molecular que atua tanto como um escudo quanto como um cartão de identidade. Esse revestimento, conhecido como glicocálice, é feito de longas cadeias de moléculas de açúcar ligadas a proteínas e gorduras. Entre esses açúcares, uma família específica chamada ácidos siálicos desempenha um papel crítico na forma como as células se comunicam com o ambiente, particularmente com o sistema imunológico. Em humanos saudáveis, o corpo produz um tipo principal de ácido siálico, mas perdeu a capacidade de produzir uma segunda versão, ligeiramente diferente, encontrada na maioria dos outros mamíferos. Essa versão ausente é quimicamente distinta por apenas um átomo de oxigênio, mas essa pequena diferença altera a forma como o sistema imunológico reconhece a célula. Como o corpo humano não consegue produzir esse segundo açúcar naturalmente, sua presença em uma célula geralmente sinaliza que a célula o consumiu através da dieta ou que, no caso de alguns cânceres, de alguma forma reativou uma via genética ancestral para produzi-lo. Compreender como esses açúcares mudam nas células cancerígenas é vital, pois eles podem atuar como um disfarce, ajudando os tumores a se esconderem das defesas do corpo.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de York propôs-se a investigar este fenômeno usando células de câncer de próstata como modelo. Eles queriam ver o que aconteceria se forçassem essas células cancerígenas a produzir o açúcar ausente, efetivamente reengenheirando sua química de superfície. Os cientistas introduziram um gene de ratos, que produz naturalmente a enzima necessária para criar este açúcar específico, em células de câncer de próstata humanas que normalmente não podem produzi-lo. Ao fazer isso, criaram um modelo de laboratório onde as células cancerígenas começaram a exibir o açúcar estrangeiro em sua superfície externa. Os pesquisadores passaram meses observando essas células modificadas, rastreando como o açúcar aparecia, a que tipo de cadeias moleculares ele se ligava e quanto tempo permanecia na superfície. Eles descobriram que o açúcar não ficava apenas nas células que o produziam; ele também aparecia em células vizinhas que não haviam sido modificadas de forma alguma. Essa descoberta sugere um mecanismo onde algumas poucas células alteradas poderiam espalhar essa assinatura química para suas vizinhas, potencialmente mudando todo o ambiente de um tumor sem que cada célula precise mudar seu próprio DNA.

O estudo começou com uma seleção cuidadosa da ferramenta genética. Os pesquisadores compararam as sequências de DNA da enzima de diferentes animais, incluindo ratos e peixes-zebra, para encontrar o melhor candidato para o experimento. Eles usaram modelagem computacional para prever a forma tridimensional dessas enzimas, confirmando que, apesar das pequenas diferenças em seus códigos genéticos, as versões de rato e de peixe-zebra dobravam-se em estruturas quase idênticas com um bolso central projetado para conter o precursor do açúcar. Quando inseriram o gene da versão de rato nas células de câncer de próstata, as células começaram a produzir com sucesso o açúcar ausente. Para garantir que o açúcar detectado viesse da própria maquinaria das células e não do soro animal frequentemente usado para alimentar as células no laboratório, os pesquisadores mudaram a dieta das células para uma que continha apenas soro humano, que carece deste açúcar específico.

Uma vez que as células estavam produzindo o açúcar, a equipe precisava verificar exatamente onde ele estava pousando na superfície celular. Eles trataram as células com uma enzima de amplo espectro que atua como tesouras moleculares, cortando as pontas das cadeias de açúcar. Esse tratamento removeu o sinal, provando que o açúcar estava de fato sentado na parte mais externa da célula, exposto ao ambiente. Os pesquisadores então usaram inibidores químicos específicos para bloquear a produção de dois tipos diferentes de cadeias de açúcar: aquelas ligadas a proteínas de uma forma específica chamada N-glicanos, e aquelas ligadas de uma forma diferente chamada O-glicanos. Quando bloquearam a via dos O-glicanos, a quantidade do novo açúcar na superfície da célula diminuiu significamente. No entanto, bloquear a via dos N-glicanos não teve efeito. Este resultado indicou que as células reengenheiradas estavam principalmente ligando este novo açúcar a cadeias do tipo O-ligadas, que são frequentemente encontradas em mucinas, as proteínas espessas e protetoras de aspecto mucoso que revestem muitos tecidos.

Para obter uma imagem mais detalhada, os cientistas fragmentaram as células e analisaram as combinações específicas de açúcar-proteína usando um espectrômetro de massa altamente sensível. Eles identificaram milhares de proteínas e mapearam onde os açúcares estavam ligados. Nas células não modificadas, encontraram apenas o açúcar humano padrão. Nas células modificadas, encontraram o novo açúcar ligado a diversas proteínas, principalmente nas cadeias O-ligadas. No entanto, a análise deixou passar algumas das proteínas mais densamente cobertas de açúcar, conhecidas como mucinas, provavelmente porque o método padrão usado para decompor as proteínas não era gentil o suficiente para lidar com essas moléculas pegajosas e complexas. Para confirmar que essas mucinas eram de fato os principais transportadores do novo açúcar, os pesquisadores usaram uma enzima especializada que visa e corta especificamente as mucinas. Quando aplicaram essa enzima, a quantidade do novo açúcar na superfície da célula despencou, confirmando que o açúcar estava amplamente escondido nessas estruturas ricas em mucina.

A descoberta mais surpreendente surgiu quando os pesquisadores misturaram as células modificadas com as não modificadas. Eles marcaram as células não modificadas com um corante vermelho e as colocaram em uma placa com as células produtoras de açúcar. Após alguns dias, verificaram as células vermelhas e descobriram que elas também haviam adquirido o novo açúcar em sua superfície. O açúcar de alguma forma havia se movido das células modificadas para as não modificadas. Os pesquisadores propõem que as células modificadas desprendem as moléculas revestidas de açúcar para o fluido circundante, talvez através da ação de enzimas naturais que recortam as cadeias de açúcar. As células vizinhas então absorvem essas moléculas, reciclam o açúcar e o ligam às suas próprias superfícies. Isso cria um "efeito bystander" (efeito de espectador), onde a presença de algumas células modificadas pode alterar a identidade química de suas vizinhas.

Esta descoberta desafia a ideia de que a química de superfície de um tumor é determinada unicamente pelo perfil genético de cada célula individual. Em vez disso, sugere que o ambiente pode remodelar as células dentro dele. Se um pequeno grupo de células cancerígenas começa a produzir este açúcar estrangeiro, elas poderiam potencialmente espalhar esse traço para o restante do tumor, criando um escudo uniforme que ajuda toda a massa a evitar o sistema imunológico. Os pesquisadores observaram que este mecanismo poderia explicar por que alguns tumores apresentam altos níveis deste açúcar, mesmo que nem todas as células possuam a mutação genética para produzi-lo. Embora o estudo tenha sido conduzido em um ambiente de laboratório e ainda não prove que isso ocorra em pacientes humanos, ele fornece um mecanismo claro de como tal propagação poderia ocorrer. O trabalho destaca a natureza dinâmica da superfície da célula cancerígena, mostrando que ela não é uma característica estática, mas um sistema fluido capaz de influenciar e ser influenciado por seus vizinhos. Ao compreender como esses açúcares se movem e mudam, os cientistas poderão, eventualmente, encontrar novas maneiras de interromper os escudos protetores que os tumores constroem para sobreviver.