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Pesquisadores da Universidade de Pittsburgh mostraram pela primeira vez como o poliomavírus de células de Merkel (MCV), que causa um câncer de pele agressivo chamado carcinoma de células de Merkel, inicia a replicação do DNA nas células hospedeiras.
Publicado hoje na revista PNASo estudo lança luz sobre a questão fundamental de como os vírus anulam o sistema de replicação de DNA cuidadosamente regulado de suas células hospedeiras para fazer centenas de novas cópias de si mesmos.
“Entender como o MCV se replica nos dá pistas realmente importantes sobre como esse vírus pode causar câncer”, disse o co-autor sênior Patrick Moore, MD, professor distinto do Departamento de Microbiologia e Genética Médica da Pitt School of Medicine e UPMC Hillman Cancer Center. “Também fornece informações sobre outros vírus causadores de câncer e por que alguns vírus não causam câncer. No futuro, isso pode nos ajudar a desenvolver novas terapêuticas ou vacinas contra cânceres causados por infecções”.
Moore e o co-autor sênior Yuan Chang, MD, professor distinto do Departamento de Patologia e UPMC Hillman Cancer Center descobriram o MCV pela primeira vez em 2008. De acordo com Moore, a maioria dos adultos abriga esse vírus, que geralmente é inofensivo, mas ocasionalmente causa carcinoma de células de Merkel, uma forma mortal de câncer de pele que é diagnosticada em cerca de 3.000 pessoas nos Estados Unidos a cada ano.
No novo estudo, liderado pelo associado de pós-doutorado Li (James) Wan, Ph.D., os pesquisadores se uniram a Bennett Van Houten, Ph.D., professor do Departamento de Farmacologia e Biologia Química de Pitt, e ao colega de pós-doutorado Matthew Schaich, Ph.D., para estudar a replicação do MCV em detalhes nunca antes vistos usando um instrumento chamado C-trap e uma técnica chamada SMADNE.
“Até agora, tivemos que inferir como os vírus se replicam a partir de imagens estáticas, que são essencialmente apenas um instantâneo no tempo”, disse Moore. “O C-trap nos permite observar as proteínas se ligando a uma única molécula de DNA em tempo real como pequenos pontos de luz. É como assistir a um filme em vez de olhar para uma fotografia.”
Durante a divisão celular normal, a primeira etapa da replicação do DNA envolve proteínas chamadas helicases, que formam duas mangas ao redor da dupla hélice do DNA. Essas mangas se unem para descompactar o DNA de fita dupla em fitas simples para que outras proteínas possam se ligar e realizar as próximas etapas. Este processo de descompactação requer energia celular na forma da molécula ATP.
“A replicação do DNA é rigidamente controlada pela célula”, disse Moore. “Se qualquer um dos 3 bilhões de pares de bases que compõem nosso genoma tem uma mutação, pode causar câncer ou outras doenças, então uma enorme quantidade de energia é gasta na verificação de erros e garantindo que as condições na célula estejam corretas para replicação.”
Conhecido como replicação licenciada do DNA, esse processo controlado ocorre apenas uma vez a cada divisão celular.
Em contraste, quando um vírus sequestra a maquinaria de replicação do DNA de uma célula hospedeira, ele se replica centenas de vezes.
Essa replicação “sem licença” não está sujeita ao mesmo controle de qualidade e é muito mais propensa a erros. Com o MCV, certas mutações podem fazer com que todo o código genético do vírus, ou genoma, seja inserido no genoma de seu hospedeiro, fazendo com que células anteriormente normais sofram crescimento e divisão desinibidos para se tornarem cancerosas. A equipe de Moore e Chang descobriu que a versão da helicase do MCV não forma mangas ao redor do DNA como eles esperavam. Em vez disso, ele separa diretamente a molécula de DNA. A helicase viral pode fazer isso repetidamente sem usar ATP, permitindo que o vírus supere a replicação celular normal.
De acordo com Moore, essa pesquisa pode eventualmente levar a novas terapias antivirais, não para o MCV porque geralmente é inofensivo, mas para vírus intimamente relacionados, como os conhecidos como JC e BK, que são grandes problemas para pacientes transplantados ou para outros vírus causadores de câncer.
Além do MCV, sabe-se que seis outros vírus humanos causam câncer, incluindo o papilomavírus humano (HPV), que causa câncer cervical e de cabeça e pescoço, e o herpesvírus do sarcoma de Kaposi – também descoberto por Moore e Chang – que causa um tipo de câncer que se forma no revestimento dos vasos sanguíneos e linfáticos.
No futuro, os pesquisadores planejam ampliar sua compreensão da replicação viral estudando alguns desses outros vírus causadores de câncer em comparação com o MCV.
“Os vírus são como robôs minúsculos, mas ainda possuem mecanismos muito complicados que lhes permitem sentir seu ambiente e detectar o que está acontecendo na célula hospedeira, para que saibam quando é mais benéfico passar de um estado silencioso ou latente para iniciar a replicação. “, disse Moura. “Aprender como eles se replicam é fundamental para o desenvolvimento de medicamentos ou vacinas antivirais seguros e eficazes que visam essas proteínas dentro de uma célula cancerígena”.
Autores adicionais no estudo foram Sabrina Toland, Lindsey R. Robinson-McCarthy, Ph.D., Nara Lee, Ph.D., Sarah R. Hengel, Ph.D., da UPMC ou Pitt; Xiaochen Li, da UPMC e da Universidade de Tsinghua; e Kara A. Bernstein, Ph.D., da Universidade da Pensilvânia.
Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (R35CA197463, R01CA232604, R35ES031638, K99ES033738, R01ES031796 e R01ES030335, 2P30CA047904 e S10OD032158-01A1), o Hillman Postdoctoral Fellowship for Innovative Cancer Research and the American Cancer Society Postdoctoral Fellowship.
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