Credit: Daria Kirpach
Em 2016, a Organização Mundial de Saúde (OMS) anunciou uma nova abordagem para classificar o glioma, a forma predominante de cancro do cérebro em adultos. Em vez de oferecer um diagnóstico principalmente com base no aparecimento de células num tumor, como tinham feito as directrizes anteriores da OMS, a rubrica actualizada baseia-se na análise do genoma do tumor.
O esquema da OMS classifica as pessoas com glioma em grupos de diagnóstico de acordo com a presença de duas alterações genéticas. Uma é uma mutação nos genes pertencentes a uma família que codifica a enzima isocitrato desidrogenase (IDH), que ajuda as células a produzir energia. A outra é a perda de dois pedaços específicos do genoma, um fenómeno conhecido como co-deleção. Juntas, estas alterações fornecem informação poderosa sobre o prognóstico de um paciente (as pessoas com uma mutação IDH e a co-deleção têm o melhor resultado, enquanto as que não têm nenhuma delas são as piores), bem como pistas sobre quais os tratamentos que podem ser adequados.
“Os gliomas são um grande exemplo de onde o diagnóstico molecular e genético fez realmente a diferença no cuidado do paciente”, diz Robert Jenkins, um geneticista do cancro na Mayo Clinic em Rochester, Minnesota. “O conhecimento dos diferentes subtipos está muito à frente nos tumores cerebrais em comparação com outros cancros”
Abrigado a numerosos estudos de sequência de genomas em grande escala, o conhecimento da genética do cancro cerebral vai, na realidade, muito além das duas alterações diagnósticas. Foram identificadas mutações em centenas de genes em gliomas. Agora, os desafios incluem desvendar os mecanismos biológicos que causam estas alterações, compreender quais das alterações afectam o prognóstico e a resposta de uma pessoa à terapia, e como, e perceber por que razão as alterações tendem a ocorrer em certos padrões. “Não basta catalogar apenas mutações”, diz Benjamin Deneen, um biólogo oncológico do Baylor College of Medicine em Houston, Texas. “É importante decifrar o que tudo isto significa. E estamos agora na era da descodificação”
Culprits identificados
P>Antes de estar disponível a análise molecular de subtipos de tumores, os neuro-oncologistas sabiam que as pessoas com um tipo de glioma chamado oligodendroglioma tendem a responder melhor à quimioterapia, e a ter um melhor prognóstico em geral, do que aquelas com outro tipo de glioma chamado astrocitoma. Inicialmente, estes dois gliomas eram diferenciados pela sua aparência e outras características clínicas: por exemplo, os oligodendrogliomas compreendem células com uma forma distinta que lembra um ovo frito, e os astrocitomas tendem a ocorrer em pacientes mais jovens.
Mas fazer esta distinção é mais uma arte do que uma ciência. Os gliomas podem conter células que partilham algumas características de ambas. Podem também conter uma mistura de células semelhantes a oligodendrocitose e astrocitose. Diferentes neuropatologistas tinham diferentes hábitos de diagnóstico: alguns raramente atribuíam tumores à categoria do oligodendrocitoma, enquanto outros o faziam prontamente.
Então, no final dos anos 2000, investigadores liderados por Bert Vogelstein na Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland, descobriram mutações no gene IDH1 em cerca de 12% das pessoas com um tipo de glioma conhecido como glioblastoma multiforme (GBM)1 – geralmente uma das formas mais agressivas de cancro do cérebro. Aqueles que sofreram tais mutações tinham mais probabilidades de se livrarem da tendência sombria da doença para a sobrevivência a longo prazo. Impulsionada por esta descoberta, a equipa examinou outros tipos de glioma e conseguiu novamente identificar mutações IDH1 numa proporção das mutações testadas.
“Verificámos que os pacientes que têm melhor sobrevivência têm todos as mutações IDH1”, diz Hai Yan, um neuro-oncologista da Escola de Medicina da Universidade Duke em Durham, Carolina do Norte. Em breve, também se descobriu que as mutações num gene intimamente relacionado, IDH2, representavam tempos de sobrevivência mais longos.
Meanwhile, outro marcador preditivo para glioma estava a emergir de estudos de anomalias que afectam grandes pedaços do genoma. No início dos anos 90, investigadores liderados por Jenkins descobriram que a alguns gliomas faltava uma porção do cromossoma 192. Por volta da mesma altura, um grupo internacional de investigadores identificou uma porção do cromossoma 1 que por vezes faltava em tais tumores3. Ambas as alterações foram associadas a um melhor prognóstico.
Alguns anos mais tarde, os investigadores estabeleceram que os dois quase sempre ocorreram juntos4 – um padrão que ficou conhecido como 1p e 19q co-deleção. Jenkins também trabalhou com uma equipa de investigadores dos Estados Unidos e Canadá para demonstrar que as pessoas com glioma que responderam à quimioterapia procarbazina-lomustina-vincristina tendiam a ter tumores que carregavam a co-deleção de 1p e 19q. Isto tornou-se uma das primeiras provas de que os marcadores moleculares no cancro do cérebro podiam ser usados para orientar decisões sobre o tratamento.
Classificação conundrum
A descoberta destes marcadores moleculares revolucionou o diagnóstico do glioma e aguçou as categorias outrora fuzzy que são usadas para ajudar a determinar o prognóstico. “Em vez de classificarmos o paciente com base no aspecto das suas lâminas, podemos classificá-las com muito maior certeza por alteração molecular”, diz Cameron Brennan, neurocirurgião do Memorial Sloan Kettering Cancer Center em Nova Iorque.
O esquema actualizado da OMS ainda tem em conta o aparecimento de células, mas utiliza marcadores genéticos como uma forma mais bem compreendida de diferenciar os tipos de tumor. Em geral, os oligodendrogliomas devem transportar tanto uma mutação IDH como a co-delecção 1p e 19q. E os gliomas com uma mutação IDH mas regiões genómicas 1p e 19q intactas são classificadas como astrocitomas, tal como as que não têm uma mutação IDH.
A classificação molecular permite aos oncologistas prescrever com mais confiança quimioterapia, radioterapia ou uma combinação – mesmo que o tumor de uma pessoa tenha uma aparência intermédia. E, ao dar pistas sobre a probabilidade de um tumor ser agressivo, o esquema ajuda os médicos a pesar os riscos e benefícios de várias estratégias cirúrgicas.
Confusivamente, a mutação IDH parece tanto pôr em movimento os gliomas como atenuar a sua gravidade. Como vários tipos de cancro do cérebro têm mutações IDH em comum, esta alteração pode ser um evento precoce no desenvolvimento de tumores. “O IDH é provavelmente o gene porteiro dos tumores cerebrais”, diz Yan.
No entanto, os investigadores não têm a certeza de como a mutação IDH contribui para tornar as células malignas. Eles sabem que as enzimas IDH mutantes estimulam a superprodução maciça de um metabolito chamado 2-hydroxyglutarate. Este composto altera amplamente os padrões de DNA dos marcadores epigenéticos – ‘interruptores’ moleculares que podem ligar ou desligar os genes. Mas com tantas alterações deste tipo que ocorrem nos tumores, pode ser difícil provocar as que são mais importantes para a formação de tumores, quanto mais determinar que factores levam alguns tumores com uma mutação IDH a tornarem-se oligodendrogliomas, mas outros astrocitomas.
Não obstante, a importância da mutação IDH nos gliomas e outros cancros tem estimulado os esforços para desenvolver medicamentos que bloqueiam as enzimas IDH mutantes. A esperança é que tais drogas possam ajudar a prevenir as subsequentes alterações epigenéticas, permitindo às células diferenciarem-se normalmente. Um fármaco que visa o IDH2 mutante foi aprovado para uso em pessoas com leucemia mielóide aguda em 2017. Até agora, os tumores sólidos têm-se mostrado mais difíceis de tratar, mas estão em curso ensaios de fase I e fase II de pelo menos cinco medicamentos dirigidos ao IDH1 ou IDH2 em pessoas com tumores cerebrais.
Contagem do telómero
Estudos genómicos em grande escala identificaram centenas de alterações genéticas no cancro cerebral. “Portanto, temos agora uma grande colecção de conhecimentos sobre o que se pode encontrar no tumor do paciente”, diz Sidi Chen, geneticista da Escola de Medicina de Yale em West Haven, Connecticut. Ele e os seus colegas estão agora a tentar perceber a importância dessas mutações, para que possam ser utilizadas para orientar decisões de tratamento personalizadas.
Chen está a aplicar a ferramenta de edição de genes CRISPR-Cas9 a um modelo de rato para as suas investigações. A tecnologia, diz Chen, permite-lhe “fazer zoom em que genes e combinações genéticas são mais importantes do que os outros”. Em 2017, a equipa de Chen informou que as mutações em dois genes, Zc3h13 e Pten, podem tornar as células cancerígenas resistentes a um medicamento de quimioterapia comum5. Também identificou pares de mutações que são suficientes para causar GBM.
Células cancerígenas devem ter um mecanismo para manter estruturas conhecidas como telómeros, que se encontram nas extremidades dos cromossomas e têm um papel no envelhecimento celular. Nas células normais, os telómeros encurtam com o tempo, até que as células já não sejam capazes de se dividir. Mas nos tumores, os telómeros permanecem longos, conferindo imortalidade às células.
alguns tumores de GBM transportam mutações numa região de ADN chamada promotor do TERT. Estas mutações levam à sobreexpressão da subunidade catalítica da telomerase, uma enzima que adiciona repetições de ADN às extremidades dos telómeros para os manter intactos. Outros transportam uma mutação no gene ATRX, que leva a um fenómeno conhecido como alongamento alternativo dos telómeros (ALT).
Estes dois mecanismos contribuem para a manutenção dos telómeros em muitas formas de cancro. No entanto, os cientistas não tinham a certeza de como os telómeros são mantidos em tumores de GBM que não transportam mutações no promotor de TERT ou ATRX. Este ano, o grupo de Yan descobriu que tais tumores podem ter rearranjos cromossómicos que perturbam o gene TERT6, produzindo outra via para a sobreexpressão da telomerase. Descobriram também outro gene, chamado SMARCAL1, que pode impulsionar o processo ALT quando mutado.
Todos juntos, estas quatro alterações genéticas podem explicar a manutenção de telómeros em quase todos os tumores de GBM. E Yan pensa que os seus resultados irão abrir a possibilidade de tratamentos personalizados que podem visar a anomalia genética telomérica específica de cada tumor. “Cada paciente: você tem uma resposta para eles”, diz ele. “É espantoso”
Retirada familiar
Uma outra peça do puzzle genético do cancro do cérebro é o risco herdado. Estudos de associação de todo o genoma identificaram variações específicas que estão associadas ao desenvolvimento da doença. Cerca de 40% das pessoas com oligodendrogliomas ou astrocitomas com uma mutação IDH têm uma variação conhecida como polimorfismo de um único nucleótido (SNP) na região 8q24 do genoma. Outro SNP que parece aumentar o risco de cancro do cérebro por mutação IDH é encontrado na região 11q23. Mas pouco se sabe sobre os mecanismos por detrás destas associações.
Sobre 5-8% dos gliomas são familiares, o que significa que ocorrem em pessoas com pelo menos um outro parente biológico próximo que tenha tido um glioma, diz Melissa Bondy, epidemiologista da Faculdade de Medicina de Baylor. Em 2014, a equipa de Bondy identificou o primeiro gene a ser associado ao glioma familiar, POT17. A sua equipa encontrou mutações POT1 em 6 das quase 300 famílias com glioma que estudou, uma descoberta que Bondy descreve como um “home run parcial”. Também identificou quase 20 outros genes que poderiam contribuir para o risco herdado.
Familial e gliomas não-familiais parecem envolver mecanismos de doença semelhantes. “Está a ocorrer em idades ligeiramente mais jovens” em pessoas com uma história familiar de cancro, diz Bondy. Mas, “quando olhamos para o mecanismo que está envolvido na tumorigenese do glioma, parece que não há diferença”
Bondy espera recrutar mais famílias afectadas pelo glioma para descobrir como POT1 e os outros genes que ela identificou influenciam o prognóstico e a resposta de uma pessoa ao tratamento. Para saber mais sobre como estes genes contribuem para a formação do tumor cerebral, ela está a colaborar com Deneen, que desenvolveu um modelo de rato CRISPR-Cas9 para avaliar os efeitos de várias mutações no mesmo gene no desenvolvimento do glioma.
Deneen diz que esta investigação desafia o modelo “hotspot” da genómica do cancro, no qual os genes que são mutados em muitas formas de cancro são presumivelmente importantes para todos eles. Em vez disso, “as variantes que conduzem numa forma de cancro não conduzem necessariamente noutras formas de cancro”
Além disso, duas variantes do mesmo gene podem comportar-se de formas muito diferentes – uma pode ser importante para tornar uma célula maligna, enquanto que a outra é apenas para a viagem. Ou duas variantes do mesmo gene podem produzir cancros com características divergentes. “Podemos olhar, basicamente, para uma única diferença amino-ácida e podemos ver mudanças drásticas”, diz Deneen. Isto sugere que uma era de descodificação ainda mais profunda das mutações associadas à glioma está para vir.