Microambiente tumoral e Hypoxia-Inducible Factor 1 (HIF-1α)

No ambiente microtumoral a disponibilidade de oxigênio é variável o que faz com que as células tumorais desenvolvam mecanismos de adaptação a estas condições com a finalidade de garantir sua proliferação e sobrevivência (BRAHIMI-HORN et al., 2011;

PARKS et al., 2013b; MARCHIQ; POUYSSÉGUR, 2015; PARKS et al., 2016). Devido à facilidade experimental, a maioria dos estudos que avaliam novos compostos com potencial antitumoral é desenvolvida em normóxia, enquanto que a condição de hipóxia é menos frequente. Em condições de hipóxia, as células tumorais expressam o fator de transcrição HIF-1α, responsável por estimular a transcrição de inúmeros genes, principalmente àqueles relacionados à ativação do metabolismo glicolítico. Sendo assim, hipóxia inicia uma cascata de eventos que permitem as células tumorais se proliferarem rapidamente (BRAHIMI-HORN et al., 2007).

Alguns agentes antitumorais têm seus efeitos aparentemente modulados pela disponibilidade de oxigênio. A indução de morte celular pela estaurosporina (STS), por exemplo, é menor em células LS174T em condições de hipóxia em comparação as mesmas células mantidas em condições de normóxia. No estudo realizado por Brahimi – Horn e colaboradores (2012) aponta que a resistência a apoptose observada pela STS representa um obstáculo para a terapia do câncer. Embora, seja uma característica das células tumorais em hipóxia, os mecanismos envolvidos nesta resistência ainda não são totalmente compreendidos (BRAHIMI-HORN et al., 2012).

Muitas décadas de pesquisa resultaram na descoberta de genes envolvidos na progressão tumoral, bem como no conhecimento de mecanismos envolvidos nas alterações do DNA nas células tumorais (HANAHAN; WEINBERG, 2000). Entretanto, sabe-se atualmente que somente as alterações no genoma não explicam como as células tumorais são capazes de restabelecer seu estoque de energia e gerar precursores que possibilitem sua rápida proliferação (DEBERARDINIS et al., 2008; DEBERARDINIS; CHANDEL, 2016). Neste contexto, a ativação de determinados genes em resposta a fatores de transcrição, como o HIF-1, é decisiva para sobrepor a limitação de nutrientes e de oxigênio, alterações comuns no microambiente tumoral o que está relacionado na modulação do metabolismo tumoral.

(FIGURA 5) (MARCHIQ; POUYSSÉGUR, 2015; DEBERARDINIS; CHANDEL, 2016;

PAVLOVA; THOMPSON, 2016).

FIGURA 5 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DAS PRINCIPAIS VIAS METABÓLICAS DE CÉLULAS TUMORAIS

FONTE: Adaptado de MARTINEZ-OUTSCHOORN et al (2016), com autorização de Nature Publishing Group and Copyright Clearance Center (número da licença: 3984210758160) e MARCHIQ; POUYSSÉGUR (2015) com autorização de Springer and BioMed Central (This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited).

NOTA: Células tumorais possuem um alto metabolismo anabólico, similar às células normais proliferativas.

Células do câncer captam uma alta concentração de glucose (pelos transportadores GLUT1 ou GLUT4) e glutamina (pelo transportador ASCT). Uma vez que a glucose entra nas células, esta é rapidamente oxidada a piruvato pela via glicolítica, sendo convertida a lactato pela lactato desidrogenase A (LDHA). No entanto, o catabolismo do piruvato pelo Ciclo do ácido tricarboxílico pode ser restrito devido à inibição da enzima piruvato desidrogenase mitocondrial (PDH) a qual é inibida pela enzima piruvato desidrogenase quinase (PDK) sendo induzida pelo fator induzido por hipóxia (HIF-1). A via glicolítca pode gerar ainda outro intermediário importante, a glucose – 6 – fosfato (Glucose – 6 – P) a qual é metabolizada pela Via das Pentose Fosfato produzindo intermediários como o NADPH e Ribose – 5 – fosfato (Ribose – 5 – P) para síntese de glutationa e ácidos nucléicos, respectivamente. Uma via alternativa de fonte de energia que as células tumorais utilizam, seria a Glutaminólise. Primeiramente o glutamato é convertido à glutamina no citosol pela enzima glutaminase (GLS), a glutamina entra no ciclo do ácido tricarboxílico pela conversão de glutamato a α-cetoglutarato (α-KG). A glutaminólise também tem um papel importante na síntese de lipídeos, aminoácidos, nucleotídeos e geração de lactato o qual é transportado para fora das células pelo transportador monocarboxílico (MCT).

O fator de transcrição HIF-1 é um heterodímero composto por subunidades de HIF-1α e HIF-1β, responsável por modular mais de 100 genes (WANG et al., 1995; HUANG et al., 1998; SEMENZA, 2001; SEMENZA, 2007; SEMENZA, 2009). Enquanto que HIF-1β é expresso constitutivamente, HIF-1α é expresso conforme a disponibilidade de oxigênio. Em condições de normóxia, HIF-1α sofre ubiquitinação e degradação proteossomal devido à

ligação com a proteína supressora tumoral Von Hippel-Lindau (VHL) (HUANG et al., 1998).

VHL se liga a HIF-1α apenas quando hidroxilada no resíduo de prolina 402 e/ou 564. A reação de hidroxilação é catalisada por prolil hidroxilases (PHDs) que utilizam O2 e α-cetoglutarato como substratos, gerando dióxido de carbono e succinato como produtos finais.

Já em condições de hipóxia, a hidroxilação, ubiquitinação e a degradação proteossomal são inibidas, levando um acúmulo de HIF-1α, o que resulta no aumento da transcrição de diversos genes, em especial aqueles relacionados à via glicolítica (HUANG et al., 1998; SEMENZA, 2009) (FIGURA 6).

FIGURA 6 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DA ESTABILIZAÇÃO E DEGRADAÇÃO DE HIF-1 EM CONDIÇÕES DE NORMÓXIA E HIPÓXIA EM CÉLULAS TUMORAIS

FONTE: O autor (2017).

NOTA: em condições de normóxia (20% de oxigênio), HIF-1 sofre degradação proteossomal, pela ação das PHDs e VHL. Em condições de normóxia VHL é S-nitrozilado perdendo sua função, impedindo sua ligação com HIF-1α que em seguida é translocado para o núcleo se ligando ao HIF-1β consequentemente levando a expressão de inúmeros genes, incluindo aqueles relacionados à via glicolítica, como por exemplo, os transportadores GLUT, MCT e LAT, as enzimas hexoquinase, glucose – 6 – fosfato isomerase, lactato desidrogenase A e dentre outras.

Os níveis elevados de HIF-1α, não somente estimulam a via glicolítica, como também podem inibir a respiração mitocondrial (KIM et al., 2006). A atividade da enzima piruvato desidrogenase (PDH), que converte piruvato a acetil-CoA, é regulada através da fosforilação

reversível ocasionada pela enzima piruvato desidrogenase quinase (PDK), consequentemente inibindo a atividade de PDH (KAPLON et al., 2013), a ação de PDK é estimulada pelo fator de transcrição HIF-1α (FIGURA 5). A inibição de PDH mediada por HIF-1α é uma das principais características do efeito Warburg (HUANG et al., 1998; KIM et al., 2006).

4.3 ALGUNS ALVOS METABÓLICOS NA TERAPIA DO CÂNCER