Regulation of RAS-GTPase Activity by Oncofetal Chondroitin Sulfate (Chondroitin 4-Sulfate) and Arylsulfatase B

O câncer frequentemente começa com um único interruptor quebrado dentro de uma célula. Este interruptor é uma proteína chamada RAS, que atua como um porteiro para o crescimento celular. Quando o portão está fechado, a célula permanece quieta; quando está aberto, a célula recebe o sinal para se dividir. Em muitos tumores agressivos, este portão fica preso na posição aberta, fazendo com que as células se multipliquem descontroladamente. Por décadas, os cientistas lutaram para consertar este interruptor quebrado porque a forma da proteína torna quase impossível para os medicamentos padrão conseguirem segurá-la. Embora medicamentos recentes tenham aprendido a visar versões específicas e quebradas deste interruptor, eles não funcionam para todos os pacientes, e o câncer frequentemente encontra uma maneira de resistir a eles. Isso deixou os pesquisadores em busca de uma estratégia diferente: em vez de tentar remendar o interruptor quebrado diretamente, eles estão procurando maneiras de desligar o sinal que diz ao interruptor para permanecer aberto em primeiro lugar.

Um novo estudo de pesquisadores do Jesse Brown VA Medical Center explora um caminho surpreendente para resolver este problema. Eles descobriram que a atividade do interruptor RAS está profundamente conectada a uma molécula de açúcar encontrada na superfície das células, conhecida como condroitim 4-sulfato. Este açúcar é parte de uma família maior de moléculas que revestem nossas células, agindo de certa forma como um cobertor protetor ou uma rede de comunicação. Os pesquisadores focaram em uma enzima chamada Arilsulfatase B, que atua como uma tesoura molecular. Seu trabalho é aparar uma etiqueta química específica, um grupo sulfato, do açúcar condroitim 4-sulfato. Quando esta enzima trabalha normalmente, ela mantém o açúcar em um estado específico. Mas quando a enzima está ausente ou silenciada, o açúcar se acumula com muitas etiquetas de sulfato anexadas.

A equipe partiu para ver o que acontece com o interruptor RAS quando este equilíbrio de açúcar é perturbado. Eles trabalharam com células de melanoma humano, que são um tipo de câncer de pele, bem como células de pele normais e células do intestino. No laboratório, eles usaram um método preciso para silenciar o gene que produz a enzima Arilsulfatase. Como esperavam, silenciar a enzima fez com que o açúcar condroitim 4-sulfato se acumulasse. O que descobriram em seguida foi impressionante: o interruptor RAS, que deveria estar quieto, subitamente mudou para seu estado ativo. A atividade deste interruptor saltou dramaticamente, aumentando em até 222% em alguns casos. Inversamente, quando os pesquisadores adicionaram uma versão fabricada da enzima de volta às células, os níveis de açúcar caíram e a atividade do interruptor RAS caiu em mais da metade. Esse padrão manteve-se não apenas em uma placa de cultura de células, mas também em camundongos com tumores de melanoma, onde o tratamento dos animais com a enzima reduziu a atividade do interruptor RAS em seus tumores de pulmão e pele.

Para entender como uma molécula de açúcar poderia controlar um interruptor de proteína, os pesquisadores rastrearam os passos intermediários. Eles descobriram que o acúmulo do açúcar sulfatado altera a forma como outras moléculas na célula interagem. Especificamente, uma proteína chamada galectina-3, que normalmente se prende ao açúcar, encontra mais dificuldade para se ligar quando o açúcar está sobrecarregado com etiquetas de sulfato. Isso deixa a galectina-3 flutuando livremente na célula. Esta proteína flutuante desencadeia então uma reação em cadeia que aumenta a produção de outra proteína chamada EGFR. O EGFR é um receptor na superfície da célula que atua como uma antena, ouvindo sinais de crescimento. Quando há mais desta antena, a célula torna-se hiper-sensível aos sinais de crescimento, o que, por sua vez, força o interruptor RAS a permanecer aberto. Os pesquisadores confirmaram isso ao mostrar que, se bloqueassem a produção de EGFR ou interrompessem as etapas de sinalização que levam a ele, o surto de atividade de RAS desaparecia, mesmo quando os níveis de açúcar estavam altos.

O estudo também analisou como a célula fabrica estas etiquetas de sulfato em primeiro lugar. As etiquetas são adicionadas por enzimas chamadas sulfotransferases, que dependem de uma fonte de combustível universal chamada PAPS. Quando os pesquisadores reduziram a quantidade desta fonte de combustível, a atividade geral do interruptor RAS caiu ligeiramente, sugerindo que a capacidade da célula de sulfatar seus açúcares está diretamente ligada ao quão intensamente o interruptor RAS trabalha. Curiosamente, eles descobriram que nem todas as enzimas modificadoras de açúcar tinham o mesmo efeito. Remover a capacidade de adicionar um tipo diferente de etiqueta, um grupo seis-sulfato, não alterou o interruptor RAS em nada. Isso confirmou que a etiqueta específica de quatro-sulfato no açúcar condroitim é o fator crítico que impulsiona a mudança.

A conexão entre o açúcar e o interruptor é tão forte que os pesquisadores encontraram uma correspondência quase perfeita entre a quantidade de condroitim 4-sulfato nas células e a atividade do interruptor RAS. À medida que os níveis de açúcar subiam, a atividade do interruptor subia em sincronia. Eles também testaram uma proteína chamada VAR2CSA, conhecida por se ligar fortemente a este tipo específico de açúcar. Descobriram que, quando os níveis de açúcar estavam altos devido à falta da enzima, a VAR2CSA se ligava a ele com muito mais força, confirmando ainda mais que a estrutura do açúcar havia mudado de uma forma que alterou suas interações com outras proteínas.

Este trabalho sugere uma nova maneira de pensar sobre o controle do crescimento do câncer. Em vez de tentar forçar o interruptor RAS quebrado a fechar, pode ser possível baixar os níveis do açúcar específico que o mantém aberto. Ao restaurar a atividade da enzima Arilsulfatase ou bloquear a produção do açúcar sulfatado, pode ser possível reduzir o volume dos sinais de crescimento que impulsionam os tumores. Os pesquisadores observam que, embora novos medicamentos estejam sendo desenvolvidos para visar mutações específicas na proteína RAS, esta abordagem oferece um ângulo diferente que pode funcionar em muitos tipos diferentes de câncer, independentemente da mutação específica presente. As descobertas apontam para uma via biológica onde a química das moléculas de açúcar na superfície da célula pode ditar o comportamento dos motores mais famosos do câncer, oferecendo um novo alvo para terapias futuras.