A capacidade das células tumorais de se espalharem e metastatizarem para tecidos normais apresenta um desafio formidável na busca pela cura do câncer. A reprogramação metabólica, frequentemente exemplificada pelo efeito Warburg, está no cerne deste processo. Enquanto as células normais se envolvem predominantemente na fosforilação oxidativa quando o oxigénio está disponível e na glicólise na sua ausência, as células tumorais optam pela glicólise mesmo na presença de oxigénio. No entanto, esta preferência metabólica não exclui a existência de fosforilação oxidativa nas células tumorais. Em vez disso, as células tumorais exibem uma notável plasticidade metabólica, permitindo-lhes adaptar-se a ambientes hostis, manter a estabilidade metabólica e, em última análise, prosperar, metastatizar e persistir.
Mitocôndrias servem como centros fundamentais para a produção de energia, síntese de substâncias e transdução de sinais dentro das células. Pesquisas indicam que o genoma mitocondrial codifica 22 tRNAs críticos para os 13 subunidades do complexo da cadeia respiratória. Esses tRNAs sofrem mais de 90 modificações, e qualquer deleção ou mutação das enzimas responsáveis pela modificação do tRNA pode perturbar a eficiência da síntese de proteínas e vários processos celulares, levando ao desenvolvimento de numerosas doenças.
Um estudo inovador realizado por investigadores do Centro Alemão de Investigação do Cancro, publicado em Natureza, lançou luz sobre o papel fundamental das modificações do RNA mitocondrial na formação da plasticidade metabólica durante a metastização. Este estudo sublinha que Modificações específicas de RNA desempenham um papel central no processo metastático e oferecem uma via promissora para limitar o potencial metastático dos tumores. Notavelmente, as modificações m5c e f5c no local 34 do tRNA do genoma mitocondrial, que codifica a metionina, emergem como reguladores chave do metabolismo mitocondrial, fornecendo a energia necessária para impulsionar o reprogramação metabólica.
Modificação da Citosina no tRNA-Met Mitocondrial
Na sua investigação, os autores iniciaram a sua exploração da metilação e formilação do tRNA mitocondrial utilizando BS-Seq e técnicas fCAB-seq. As suas descobertas revelaram que, entre todos os tRNAs mitocondriais, o tRNA-Met carregava exclusivamente a modificação f5C. Para determinar os níveis de f5C, os dados de fCAB-seq foram subtraídos dos resultados de BS-seq, e os autores calcularam esses níveis subtraindo as citosinas protegidas por bisulfito dos locais protegidos por etilhidroxilamina.
Para aprofundar, os autores utilizaram duas distintas RNAs de cabelo curto (shRNAs) em quatro amostras de carcinoma espinocelular oral (OSCC). Consequentemente, observaram um notável aumento de aproximadamente 8 vezes na citosina não modificada na posição C34 quando a metiltransferase NSUN3 foi depletada nestas linhagens celulares de OSCC. Notavelmente, foi detetada uma mínima modificação f5C no tRNA-Met mitocondrial após a depleção de NSUN3.
Deteção de m5C e f5C em tRNAs mitocondriais. (Delaunay et al., 2022)
m5C Regula a Função Mitocondrial
Os resultados do estudo mostraram uma diminuição substancial na síntese de proteínas de novo dentro das mitocôndrias com depleção de NSUN3, conforme evidenciado por experimentos de quantificação da síntese de proteínas. Consequentemente, a hipometilação do tRNAMet mitocondrial levou a uma regulação negativa nos níveis de proteínas dos genes codificados por mitocôndrias. Para avaliar como o metabolismo mitocondrial se adapta a essa redução na síntese de proteínas, os autores realizaram uma análise de espectrometria de massa para quantificar os metabolitos do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA). Ao reduzir a expressão de NSUN3, o estudo observou reduções modestas na maioria dos metabolitos do TCA, refletindo os efeitos da depleção de NSUN3. Além disso, os níveis de metabolitos do TCA eram mais baixos em células sem metilação. Consequentemente, a respiração máxima diminuiu quando o tRNAMet foi minimamente modificado, e as células cancerígenas deficientes em NSUN3 exibiram uma taxa de acidificação extracelular basal (ECAR) globalmente mais alta.
O m5C mitocondrial controla o metabolismo energético em células tumorais. (Delaunay et al., 2022)
A Modificação m5C nas Mitocôndrias Promove a Invasão Tumoral
A imuno-coloração para marcadores mitocondriais, especificamente MtCO1 e MtCO2, revelou a sua expressão robusta na população celular basal CD44+. Estas células CD44+ são notavelmente caracterizadas por uma diferenciação deficiente e um potencial proliferativo elevado, sendo assim consideradas células precursoras metastáticas.
Num esforço para elucidar o impacto da inibição da formação de m5C mitocondrial na proliferação e invasão celular, a equipa de investigação gerou culturas 3D de células de carcinoma espinocelular oral (OSCC). Notavelmente, ao silenciar o NSUN3 e, consequentemente, inibir a modificação de m5C, as dimensões dos aglomerados celulares semelhantes a tumores permaneceram praticamente inalteradas, significando que a proliferação celular não foi afetada.
De particular interesse estão o CD44 e o CD36, que servem como marcadores para células iniciadoras de metástases no câncer oral humano. Notavelmente, o CD36 está localizado na membrana mitocondrial externa. A investigação subsequente explorou a co-expressão de CD44 e CD36, lançando luz sobre a associação entre células iniciadoras e a função mitocondrial. Além disso, a pesquisa aprofundou-se na metástase em gânglios linfáticos dentro de uma subpopulação de CD44.HCD36H células. Notavelmente, o silenciamento de NSUN3 levou a uma redução na abundância de CD44.HCD36H células.
Resumo
Os autores realizaram uma avaliação abrangente dos níveis de m5C para prever a metástase em pacientes clínicos. Eles utilizaram coloração histoquímica em 78 amostras de tumor humano para examinar a correlação entre a expressão da proteína NSUN3 e o estágio patológico do tumor primário.
Utilizando dados de pacientes com HNSCC do TCGA, os autores investigaram a expressão diferencial de genes associados aos níveis de NSUN3. Notavelmente, a agrupamento não supervisionado dos pacientes resultou na categorização de quatro grupos distintos, revelando um aumento progressivo tanto no estágio do câncer quanto na presença de metástases nos gânglios linfáticos no diagnóstico com níveis mais elevados de NSUN3.
Em resumo, a caracterização dos genes impulsionados por NSUN3 revela-se um valioso preditor de metástase em gânglios linfáticos e de estágios patológicos avançados em pacientes com HNSCC.
Além disso, quando a tradução mitocondrial é inibida, replica os efeitos observados quando a função da proteína NSUN3 é silenciada. Esta inibição não só dificulta a invasão celular, mas também reduz o número de células tumorais iniciadoras de metástase dependentes de CD36, tanto em ambientes in vitro como in vivo. Consequentemente, alvo m5C A formação dentro das mitocôndrias surge como uma via terapêutica promissora para deter a disseminação de células tumorais a partir do local do tumor primário.
Referência:
- Delaunay, Sylvain, et al. "As modificações do RNA mitocondrial moldam a plasticidade metabólica na metástase." Natureza 607.7919 (2022): 593-603.
Apenas para fins de investigação, não se destina a diagnóstico clínico, tratamento ou avaliações de saúde individuais.
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