Pesquisadores desenvolveram um novo rótulo fluorescente que fornece uma imagem mais clara de como a arquitetura do DNA é interrompida nas células cancerígenas. As descobertas podem melhorar o diagnóstico de câncer para os pacientes e a classificação do risco futuro de câncer.
Publicado hoje na Science Advances, o estudo descobriu que o corante de ligação ao DNA teve um bom desempenho em amostras de tecidos clínicos processados e gerou imagens de alta qualidade por meio de microscopia de fluorescência de superresolução.
“Meu laboratório está focado no desenvolvimento de técnicas de microscopia para visualizar o invisível”, disse o autor sênior Yang Liu, Ph.D., professor associado de medicina e bioengenharia da Universidade de Pittsburgh. “Somos um dos primeiros grupos a explorar as capacidades da microscopia de superresolução no âmbito clínico. Anteriormente, melhoramos seu rendimento e robustez para análise de amostras clínicas de câncer. Agora, temos um corante de DNA fácil de usar, que resolve outro grande problema em trazer essa tecnologia para o atendimento ao paciente.”
Dentro do núcleo da célula, as fitas de DNA são enroladas em proteínas como contas em uma corda. Os patologistas usam rotineiramente microscópios de luz tradicionais para visualizar a ruptura desse complexo DNA-proteína, ou cromatina, como um marcador de câncer ou lesões pré-cancerosas.
“Embora saibamos que a cromatina é alterada em escala molecular durante o desenvolvimento do câncer, não conseguimos ver claramente quais são essas mudanças. Isso me incomoda há mais de 10 anos”, disse Liu, que também é membro do o UPMC Hillman Cancer Center. “Para melhorar o diagnóstico do câncer, precisamos de ferramentas para visualizar a estrutura nuclear com uma resolução muito maior.”
Em 2014, a invenção da microscopia de fluorescência de superresolução, ganhadora do Prêmio Nobel, foi um passo importante para tornar realidade a visão de Liu. Uma molécula de interesse é marcada com um corante fluorescente especial que pisca como uma estrela piscando. Ao contrário da microscopia de fluorescência tradicional, que usa rótulos que brilham constantemente, essa abordagem envolve a ativação de apenas um subconjunto de rótulos a cada momento. Quando várias imagens são sobrepostas, a imagem completa pode ser reconstruída – com uma resolução muito maior do que a possível anteriormente.
Até agora, o problema era que os corantes fluorescentes não funcionavam bem no DNA ou em amostras clínicas de câncer processadas. Então, Liu e sua equipe formularam um novo rótulo chamado Hoechst-Cy5, combinando a molécula de ligação ao DNA Cy5 e um corante fluorescente chamado Hoechst com propriedades de piscamento ideais para microscopia de superresolução.
Depois de mostrar que o novo rótulo produzia imagens de resolução mais alta do que outros corantes, os pesquisadores compararam o tecido colorretal de lesões normais, pré-cancerosas e cancerosas. Nas células normais, a cromatina é densamente compactada, especialmente nas bordas do núcleo. O DNA condensado brilha intensamente porque uma densidade mais alta de marcadores emite um sinal mais forte, enquanto a cromatina frouxamente empacotada produz um sinal mais fraco.
As imagens mostram que, à medida que o câncer progride, a cromatina se torna menos densa e a estrutura compacta na fronteira nuclear é severamente interrompida. Embora essas descobertas indiquem que o novo rótulo pode distinguir tecido normal de lesões pré-cancerosas e cancerosas, Liu disse que é improvável que a microscopia de superresolução substitua os microscópios tradicionais para esses diagnósticos clínicos de rotina. Em vez disso, essa tecnologia pode brilhar na estratificação de risco.
“As lesões em estágio inicial podem ter resultados clínicos muito diferentes”, disse Liu. “Algumas pessoas desenvolvem câncer muito rapidamente, e outras permanecem no estágio precursor por muito tempo. Estratificar o risco de câncer é um grande desafio na prevenção do câncer.”
Para ver se a estrutura da cromatina poderia conter pistas sobre o risco futuro de câncer, Liu e sua equipe avaliaram pacientes com síndrome de Lynch, uma condição hereditária que aumenta o risco de vários tipos de câncer, incluindo câncer de cólon. Eles analisaram o tecido colorretal não canceroso de pessoas saudáveis sem síndrome de Lynch e pacientes de Lynch com ou sem histórico pessoal de câncer.
As diferenças eram marcantes. Em pacientes de Lynch que já tiveram câncer de cólon, a cromatina foi muito menos condensada do que em amostras saudáveis, sugerindo que a ruptura da cromatina pode ser um sinal precoce de desenvolvimento de câncer – mesmo em tecidos que parecem completamente normais para os patologistas.
Para pacientes de Lynch sem histórico pessoal de câncer, alguns desenvolverão câncer, enquanto outros não.
“Vemos um spread muito maior neste grupo, o que é muito interessante”, disse Liu. “Alguns pacientes se assemelham a controles saudáveis, e alguns estão mais próximos de pacientes Lynch que tiveram câncer anteriormente. Achamos que pacientes com cromatina mais aberta são os que têm maior probabilidade de desenvolver câncer. Precisamos acompanhar esses pacientes ao longo do tempo para medir os resultados, mas estamos muito animados que a interrupção da cromatina em células normais possa prever o risco de câncer.”
Em trabalhos futuros, Liu e sua equipe estão interessados em examinar a estrutura da cromatina no tecido endometrial de pacientes Lynch, que também apresentam risco elevado de câncer endometrial. Os pesquisadores também receberam financiamento recentemente para analisar amostras de escarro de fumantes para detecção precoce de câncer de pulmão.
Outros autores que contribuíram para este estudo foram Jianquan Xu, Ph.D., Xuejiao Sun, MS, Hongqiang Ma, Ph.D., Rhonda M. Brand, Ph.D., Douglas Hartman, MD, e Randall E. Brand, MD, todos de Pitt; e Mingfeng Bai, Ph.D., e Kwangho Kim, Ph.D., ambos da Vanderbilt University.
Publicado em 06/03/2022 10h12
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