pmid: "38865902"
title: "Senescência induzida por terapia através da lente redox."
authors: "Robert M, Kennedy BK, Crasta KC"
journal: "Redox biology"
pubdate: "2024 Aug"
doi: "10.1016/j.redox.2024.103228"
source: "PMC Full Text"
Senescência induzida por terapia através da lente redox.
Autores
Robert M, Kennedy BK, Crasta KC
Periodico
Redox biology (2024 Aug)
Conteudo
Senescência induzida por terapia através da lente redox
Células tumorais senescentes induzidas por terapia emergiram como condutores significativos de recorrência tumoral e reincidência da doença. Interessantemente, a produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) e suas redes de sinalização redox associadas estão entrelaçadas com a iniciação e estabelecimento da senescência induzida por terapia. Células senescentes induzidas por terapia influenciam células vizinhas e o microambiente tumoral através de seu secretoma bioativo conhecido como fenótipo secretor associado à senescência (SASP). Os efeitos intracelulares das ERO dependem da dose e do contexto. Em condições fisiológicas normais, as ERO estão envolvidas em várias vias de sinalização e processos celulares importantes para a manutenção da homeostase celular, como equilíbrio redox, resposta ao estresse, sinalização inflamatória, proliferação celular e morte celular, entre outros. No entanto, o excesso de ERO acompanhado por um microambiente pró-oxidante pode gerar danos oxidativos ao DNA, desencadeando a senescência celular. Nesta revisão, discutimos o papel das ERO e da dinâmica do estado redox no ajuste fino dos processos homeostáticos que direcionam o destino celular induzido por terapia para o estabelecimento da senescência, bem como sua influência na estimulação da sinalização inflamatória e produção de SASP. Também oferecemos ideias sobre estratégias de intervenção, especificamente senoterapêuticos, que poderiam potencialmente aproveitar a modulação das vias redox e antioxidantes. Por fim, avaliamos as possíveis implicações do rearranjo redox durante a fuga da senescência induzida por terapia, uma área emergente de pesquisa. Imaginamos que examinar a senescência induzida por terapia através da lente redox, integrada com sequenciamento de RNA de célula única com resolução temporal combinado com multi-ômicas espaço-temporais, poderia aprimorar ainda mais nossa compreensão de sua heterogeneidade funcional. Isso poderia auxiliar na identificação de nós de sinalização passíveis de intervenção para reduzir a reincidência da doença, bem como informar estratégias para o desenvolvimento de senoterapêuticos de amplo espectro. De modo geral, nossa revisão visa delinear mecanismos impulsionados pelo redox que contribuem para a biologia da senescência induzida por terapia e além, destacando implicações para a iniciação e recorrência tumoral.
Introdução
A sinalização redox compreende uma rede de vias que interconectam cadeias de reações redox, modificações pós-traducionais oxidativas e regulação dos sistemas de eliminação de espécies reativas de oxigênio (ROS), todos orquestrados cuidadosamente para alcançar um estado de homeostase redox na célula. As próprias ROS são um termo amplo para derivados instáveis de moléculas de oxigênio, gerados como consequência inevitável da produção de ATP e do metabolismo celular. Notavelmente, duas espécies de ROS - o peróxido de hidrogênio (H2O2) e o radical ânion superóxido (O2·−) - têm sido consideradas agentes-chave de sinalização redox em processos celulares. Além do H2O2 e do O2·−, há também um interesse crescente em outras espécies de ROS, como o radical hidroxila (•OH), o ácido hipocloroso (HOCl) e os hidroperóxidos orgânicos (ROOH). Importante, as ROS interagem com sistemas de eliminação de ROS que consistem em enzimas antioxidantes, como superóxido dismutases (SOD), glutationa peroxidases (GPx), peroxirredoxinas (Prxs) e catalase (CAT), bem como glutationa (GSH) e tiorredoxina (Trx), que atuam como agentes redutores. Esses sistemas de eliminação desempenham funções críticas no controle do estresse oxidativo, caracterizado por níveis elevados de agentes oxidantes instáveis, como oxigênio, radicais livres hidroxila, entre outros.
Um efeito direto notável do estresse oxidativo é o dano oxidativo ao DNA. Embora os adutos oxidativos de DNA sejam constantemente reparados em nível basal, tanto o estresse oxidativo leve quanto o grave podem resultar em danos oxidativos que podem induzir senescência, apoptose ou até necrose. Apesar disso, observações recentes parecem indicar que as ROS não devem ser associadas exclusivamente a um estado patológico específico. De fato, o próprio estado de homeostase redox demonstra que o estado redox não é estático, mas sim dinâmico, e dependente de vários fatores internos e externos exercidos sobre a célula. Como a geração de ROS é uma consequência inevitável da produção de energia, as ROS estão intrinsecamente conectadas a processos fisiológicos essenciais. Por exemplo, foi demonstrado que as ROS regulam a polaridade celular durante o desenvolvimento epitelial e estão implicadas na sinalização de fatores de crescimento, proliferação e adaptação à hipóxia. Portanto, as ROS como tais não são uma substância tóxica por si só, como amplamente se acredita, mas devem ser consideradas um importante regulador e componente de sinalização das vias celulares.
Papel da sinalização redox na carcinogênese
Sinalização redox relacionada a ROS como um evento precoce que suporta o comportamento 'pró-tumor'
Juntamente com uma crescente apreciação de seu papel em funções moleculares e regulatórias específicas, o papel das ROS também tem sido implicado em uma gama mais ampla de processos celulares. Por exemplo, de acordo com o paradigma atual sobre o desenvolvimento do câncer, o estado redox 'pró-oxidante' presente em lesões neoplásicas é caracterizado por excesso de ROS e estresse oxidativo crônico.
Níveis excessivos de EROs e estresse oxidativo têm sido associados a comportamentos malignos, em particular, invasão e metástase via transição epitélio-mesenquimal (TEM). À medida que as células cancerígenas metastatizam, elas provavelmente serão expostas a oxidantes comuns presentes no sangue, aumentando assim o estresse oxidativo intrínseco. O pequeno número de células cancerígenas que sobrevive a esse processo metastático deve passar por alterações metabólicas para permitir que lidem com esse aumento do estresse oxidativo. De fato, células cancerígenas metastatizantes com vias de sinalização redox alteradas demonstraram apresentar níveis mais elevados de resistência ao estresse oxidativo. Em consonância com isso, células tumorais circulantes competentes para metástase de cânceres de mama, próstata e pulmão foram documentadas como regulando positivamente o gene da β-globina (HBB) via fator 4 tipo Kruppel (KLF4), o que confere proteção contra a apoptose induzida por EROs. Além disso, um estudo dos laboratórios de Ralph DeBerardinis e Sean Morrison que infundiu nutrientes marcados com 13C em tumores subcutâneos de melanomas derivados de pacientes que eram metastatizadores eficientes ou ineficientes descobriu que os metastatizadores eficientes regulavam positivamente o transportador de lactato MCT1 (transportador de monocarboxilato 1). O MCT1 é um transportador bidirecional de lactato e outros monocarboxilatos, como o piruvato, mas o principal papel fisiológico do MCT1 é a importação de lactato. Como o lactato é co-transportado com um próton, a manutenção do pH intracelular pela importação de lactato dependente de MCT1 mostrou-se importante. De fato, o tratamento com o inibidor de MCT1 AZD3965 aumentou o pH intracelular, ativando assim a atividade da fosfofrutoquinase (PFK) enquanto suprimia a atividade da glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD). Isso, por sua vez, levou a um fluxo reduzido da via das pentoses-fosfato (PPP) em relação à glicólise. Esse fluxo reduzido da PPP é consistente com os níveis aumentados de EROs observados em melanomas tratados com AZD3965. Importante, a PPP oxidativa produz NADPH, que é então usado pelas células para neutralizar EROs e diminuir o estresse oxidativo. Dessa forma, a captação de lactato dependente de MCT1 contribui para a resistência ao estresse oxidativo e permite que as células de melanoma metastático sobrevivam no sangue durante a disseminação.
O estresse oxidativo causado pelo excesso de EROs também pode levar a mutações no DNA por meio de dano oxidativo ao DNA. Um dos produtos de dano oxidativo mais estudados é o 8-oxo-dG, um derivado oxidado da desoxiguanosina. Ele atua como uma lesão mutagênica, pois sua especificidade de pareamento de bases é perdida, potencialmente introduzindo transversões de bases G:C para T:A. Outros produtos oxidativos podem incluir 2-OH-dA e 8-oxo-dA, derivados da desoxiadenosina, que também são conhecidos por serem mutagênicos. Mutações no DNA mediadas por EROs podem levar à inativação de supressores tumorais ou à ativação de oncogenes. Isso não apenas engendra o início do câncer, mas também alimenta a evolução clonal.
A sinalização redox relacionada a EROs como uma barreira para a carcinogênese
Por outro lado, o que acabamos de discutir é o fato de que níveis excessivos de ROS e estresse oxidativo também foram descritos como barreiras à carcinogênese, pois invocam múltiplas vias de estresse que culminam em morte celular, como apoptose, necroptose ou ferroptose.
Durante o estresse oxidativo crônico, o dano mitocondrial pode se acumular excessivamente devido a um ‘ciclo vicioso’ onde a fosforilação oxidativa prejudicada devido ao dano oxidativo produz ainda mais ROS mitocondriais, exacerbando assim o estresse oxidativo. Um evento chave na apoptose é a ruptura da interação do citocromo c com a cardiolipina na membrana interna mitocondrial. Importante, a cardiolipina pode ser oxidada por ROS, rompendo sua associação com o citocromo c e mediando sua liberação. ROS excessivos também podem ativar a via p53 por fosforilação de p53, levando à inibição da degradação mediada por Mdm2 e, consequentemente, à estabilização da proteína p53. p53 pode então promover a indução de vias apoptóticas intrínsecas por meio da regulação positiva de proteínas pró-apoptóticas como BIM, PUMA e NOXA, levando à estabilização da MOMP, que então media a liberação do citocromo c.
Necroptose, por outro lado, é uma forma regulada de necrose, que é desencadeada por receptores de morte celular, receptor 1 do fator de necrose tumoral (TNFR1), Fas, ligante indutor de apoptose relacionado ao fator de necrose tumoral (TRAIL) receptor 1 (TRAILR1) e receptor 2 do TRAIL (TRAILR2). Após a ativação dos receptores de morte celular, um evento chave na via de sinalização é a formação do complexo IIb, conhecido como necrosomo, consistindo na forma inativa da caspase-8, RIP1, RIP3 e FADD. RIP1 fosforila RIP3, que por sua vez fosforila e ativa a quinase de domínio semelhante à linhagem mista (MLKL), que então se transloca para a membrana plasmática. Isso aumenta a permeabilidade da membrana e desencadeia a morte celular. Aqui, os ROS desempenham um papel importante na iniciação da necroptose por meio do recrutamento do complexo necrosomo. Foi demonstrado que os ROS facilitam a autofosforilação de RIP1 por meio da modificação de seus resíduos de cisteína C257, C268 e C586, resultando no recrutamento de RIP3 para formar o necrosomo. Além disso, foi demonstrado que a estimulação do fator de necrose tumoral (TNF) ativa a Nox2 NADPH, por meio da formação de complexo com TRADD, RIP1 e Rac1, levando à produção de superóxido que é chave para o comprometimento da necroptose induzida por TNF. Importante, o antioxidante hidroxianisol butilado (BHA) foi encontrado para inibir a geração de superóxido e, consequentemente, a necroptose induzida por TNF na linhagem celular de fibrossarcoma de camundongo L929. Dado que as células cancerosas podem evadir a apoptose, induzir a necroptose por meio da modulação de ROS parece ser uma estratégia promissora para superar a resistência apoptótica.
Além da necroptose, a ferroptose é outra via chave de morte celular não apoptótica que pode ser modulada por ROS. A ferroptose é induzida pelo acúmulo de peróxidos lipídicos devido à presença intracelular de excesso de ferro ferroso instável Fe2+. O excesso de Fe2+ produz grandes quantidades de ROS através da reação de Fenton, que medeia a peroxidação de ácidos graxos poli-insaturados (PUFA), resultando, em última análise, na destruição da bicamada fosfolipídica e na morte celular. O sistema antioxidante da glutationa é crítico na regulação da ferroptose através da enzima GPx4, que permite a oxidação de GSH para GSSG para a conversão de hidroperóxidos fosfolipídicos tóxicos em álcoois fosfolipídicos não tóxicos. Um estado redox alterado compromete este sistema dependente de GSH e foi demonstrado resultar no acúmulo de produtos de peroxidação lipídica, levando à morte celular. Curiosamente, certos cânceres que inativam o supressor tumoral NRF2, um regulador mestre das vias antioxidantes, mostram maior sensibilidade à ferroptose. Assim, a inibição de enzimas antioxidantes pode ser vista como um 'calcanhar de Aquiles' que pode ser alvejado para induzir a morte celular ferroptótica.
A sinalização redox relacionada a ROS regula a adaptação tanto rápida quanto de longo prazo
ROS como um 'kit de ferramentas molecular' que ajusta finamente processos moleculares e fisiológicos para adaptação e malignidade.
Níveis basais (baixos) de ROS: Em ambientes fisiológicos normais, a sinalização ROS/redox atua como um reostato fisiológico para regular funções celulares críticas para o desenvolvimento e adaptação ao ambiente circundante. Esta manutenção da homeostase redox é essencial para a atividade celular normal.
Níveis elevados de ROS: Durante a iniciação do câncer, fatores intrínsecos, como lesões oncogênicas, e fatores externos, como o ambiente inflamatório crônico, deslocam a homeostase redox para um estado 'pró-oxidante'. Este estado 'pró-oxidante', por sua vez, facilita comportamentos pró-tumorigênicos e seleciona maior tolerância ao estresse oxidativo. Dessa forma, alterações na sinalização de ROS e redox permitem ajustes finos que fundamentam condições tanto fisiológicas quanto patológicas.
Fig. 1
Os papéis dicotômicos das ROS e sua influência no estado redox na carcinogênese ilustram uma forma eficaz de ajustes finos da função celular (Fig. 1). Em condições fisiológicas normais, níveis baixos de ROS demonstraram estar envolvidos na regulação da autorrenovação e atuam como segundos mensageiros específicos nas respostas imunes inata e adaptativa. Em células com lesões oncogênicas e um microambiente pró-maligno, o acúmulo gradual de ROS e o estresse oxidativo crônico são favorecidos para apoiar a transformação e o comportamento malignos, bem como a seleção de fenótipos resistentes a alto estresse oxidativo. Em células com lesões benignas e ambientes não neoplásicos, níveis elevados de estresse oxidativo podem desequilibrar a balança e causar danos agudos e excessivos ao DNA e às organelas. Várias vias de estresse que induzem apoptose têm maior probabilidade de serem acionadas nessa situação. Portanto, a sinalização redox pode ser vista como um 'kit de ferramentas moleculares' que ajusta regularmente os processos celulares e fisiológicos, permitindo respostas adaptativas celulares rápidas e de longo prazo com base em perturbações internas e externas de estresse. Isso é fundamental para a manutenção da homeostase celular, essencial para a saúde humana.
Senescência induzida por terapia (TIS)
Características da TIS e marcadores-chave da senescência
Leonard Hayflick demonstrou pela primeira vez que fibroblastos diploides humanos falharam em proliferar após cerca de cinquenta passagens em cultura, e denominou o fenômeno de 'senescência celular'. Hoje, a senescência celular é considerada uma resposta fundamental das células tumorais à terapia, pois um corpo crescente de evidências aponta para o acúmulo de células senescentes em pacientes recebendo radioterapia e quimioterapia. O termo "senescência induzida por terapia" (TIS) refere-se à resposta ao estresse exercida pelas terapias contra o câncer que culmina em uma parada estável do ciclo celular.
Assim como outros tipos de senescência, como a senescência replicativa e a senescência induzida por oncogenes, as células TIS exibem as principais marcas da senescência: uma morfologia aumentada, achatada e de formato irregular, maior conteúdo lisossômico, bem como depleção de Lamina B1. Felizmente, essas características são detectáveis e facilmente visualizáveis e, portanto, mensuráveis, por meio de procedimentos laboratoriais simples, como microscopia e imunoblotting. Essas metodologias incluem a detecção histoquímica da atividade enzimática da beta-galactosidase associada à senescência (SA-β-gal) em pH 6,0 (em células normais, a SA-β-gal apresenta atividade ideal em pH 4,0), bem como a perda de Lamina B1, geralmente medida por imunoblotting. Essas também são frequentemente utilizadas como marcadores associados à senescência em diversos tecidos, como na senescência da pele. Além disso, a presença de danos ao DNA também é uma característica importante das células TIS, especialmente nas fases iniciais da senescência. A gravidade dos danos ao DNA pode se manifestar desde quebras de fita dupla (DSBs) localizadas até instabilidade genômica, como aneuploidia, rearranjos cromossômicos, formação de micronúcleos ou até mesmo DNA extracromossômico. Como resultado, as células TIS frequentemente exibem uma resposta persistente a danos no DNA (DDR), que envolve o recrutamento e a ativação de cinases sensoras de danos no DNA, como a ataxia telangiectasia e Rad3-relacionada (ATR) ou a ataxia-telangiectasia mutada (ATM) e, possivelmente, a proteína quinase dependente de DNA (DNA-PK). A ativação da ATM por DSBs, por exemplo, leva à fosforilação de proteínas sinalizadoras como a nibrina (NBS1) e a variante de histona H2AX (γH2AX), resultando, em última análise, na ativação de p53 e na senescência via transativação de inibidores de quinase dependente de ciclina (CDK) p16, p21 e p27. Portanto, o aumento da expressão de γH2AX, p53 fosforilado e a regulação positiva de p16, p21, p27 são comumente usados para demarcar a entrada na senescência.
Heterogeneidade do secretoma da senescência induzida por terapia
Apesar da existência de marcadores definidos, o estado de senescência exibe grande heterogeneidade e é acompanhado por um secretoma bioativo conhecido como fenótipo secretor associado à senescência ou SASP. O SASP é altamente variável tanto em termos de seus componentes quanto de seus efeitos fenotípicos downstream. Um exemplo disso é um estudo de Marco Demaria e colegas que destacou essa questão ao comparar a senescência induzida por inibidor de CDK4/6 (CDK4/6i) e a senescência induzida por doxorrubicina (Doxo). Uma descoberta importante aqui foi que, embora as células senescentes induzidas por CDK4/6i e Doxo exibissem ambas as marcas da senescência, seus perfis secretores e consequentes fenótipos downstream diferiam entre si. As células senescentes induzidas por Doxo exibiram um SASP canônico impulsionado por NF‐κB, de natureza pró-inflamatória. Em contraste, as células senescentes induzidas por CDK4/6i exibiram atividade de senescência parácrina, não adquiriram propriedades tumorigênicas, e seu SASP impulsionado por p53 foi considerado como suporte à imunovigilância. De fato, descobriu-se que os CDK4/6i desencadeiam imunidade antitumoral ao suprimir a proliferação de células T reguladoras (Tregs) e promover a eliminação de células tumorais mediada por células T citotóxicas.
Devido à heterogeneidade dos componentes do SASP, determinar os efeitos do SASP no contexto da progressão do câncer pode ser desafiador. Embora as células cancerígenas TIS sejam geralmente consideradas impulsionadoras da recorrência tumoral e mediadoras da inflamação crônica, estudos recentes focados em inibidores de checkpoint imunológico revelaram que as células cancerígenas senescentes são ex
Importante, as complexidades do SASP e sua dinâmica apresentam uma oportunidade para intervenção, uma vez que é altamente maleável. A reprogramação dos fatores do SASP pode ser alcançada pela inibição de vias-chave que sustentam um SASP pró-tumorigênico. A inibição do NF-κB pela metformina, por exemplo, demonstrou reduzir a expressão de vários fatores do SASP. O inibidor de mTOR rapamicina também demonstrou atenuar a produção de SASP pró-tumorigênico via inibição do NF-κB. Além do NF-κB, a via p38MAPK também é fundamental para direcionar e sustentar o SASP pró-tumorigênico. De fato, vários estudos indicaram que a inibição de p38MAPK é capaz de aliviar a perda óssea e a metástase em um modelo murino de TIS de câncer de mama por meio da supressão do SASP. Alternativamente, visar os reguladores epigenéticos do SASP pode se mostrar benéfico. Por exemplo, visar o KDM4, uma demetilase específica da histona H3, demonstrou atenuar o SASP de células estromais senescentes, levando ao aumento da apoptose do câncer e à sobrevida prolongada em modelos animais de câncer de próstata. Além disso, a inibição da EZH2 foi recentemente demonstrada como aliviando a repressão de genes pró-inflamatórios do SASP, levando ao aumento da atividade de imunovigilância do câncer em modelos tumorais de PDAC.
Embora a modulação do SASP para alcançar anti-tumorigenicidade pareça ser uma estratégia viável, isso deve ser considerado com cuidado, pois os efeitos do SASP são altamente dependentes do contexto. Como exemplo, o silenciamento da subunidade p65 do NF-κB em linfomas senescentes induzidos por ciclofosfamida demonstrou não apenas abolir o SASP, mas também resultar em recidiva mais precoce e menor sobrevida global. Um segundo exemplo envolve a senescência induzida por CDK4/6i, onde a modulação do SASP pode não fornecer um benefício prontamente identificável, pois sua resposta do SASP impulsionada por p53 parece já favorecer a eliminação e a imunidade antitumoral. Portanto, entender como vários estímulos e a ativação de diferentes programas de senescência influenciam o fenótipo do SASP é fundamental para informar estratégias para o desenvolvimento de intervenções novas e aprimoradas para a reprogramação do SASP.
Desregulação redox e aquisição de senescência induzida por terapia
Danos ao DNA e sinalização de reparo de danos ao DNA como impulsionadores fundamentais da senescência celular
Um fator importante a considerar em relação a se uma célula se compromete com a TIS ou ativa vias de morte celular é que os determinantes dessa decisão de destino celular são altamente dependentes do contexto. O paradigma atual implica tanto os danos ao DNA quanto a sinalização DDR como o cerne da indução da senescência. Uma conclusão importante de estudos que contribuíram para esse paradigma é que a presença de danos ao DNA por si só é insuficiente, e que ela também deve ser acompanhada por sinalização DDR persistente para induzir a senescência.
De fato, um estudo elegante do grupo de Rene Medema demonstrou isso utilizando células epiteliais pigmentares da retina RPE-1 não transformadas, imortalizadas por telomerase (hTERT), já paradas na fase G2 do ciclo celular pelo ponto de verificação de danos ao DNA. Aqui, o atraso na reparação mediada por recombinação homóloga (HR) de quebras de dupla fita nessas células intensificou a sinalização de ATR, o que desencadeou o acúmulo de p21. Observou-se que os níveis elevados de p21 impulsionam a saída do ciclo celular a partir da parada no ponto de verificação G2 e induzem a senescência. Curiosamente, o número de quebras de DNA induzidas não pareceu determinar a saída do ciclo celular. Em vez disso, sugeriu-se que a presença de quebras de difícil reparo, juntamente com a presença simultânea de quebras mais fáceis de resolver, seriam preditores mais precisos da senescência.
Relacionado às quebras de DNA que impulsionam a senescência, outro estudo importante do grupo de Corinne Abbadie aproveitou fibroblastos dérmicos humanos normais (NHDFs) e queratinócitos epidérmicos humanos normais (NHEKs) que diferiam em sua capacidade de escapar espontaneamente da senescência e gerar células neoplásicas. Aqui, o acúmulo de quebras persistentes de fita simples (SSBs), caracterizadas por focos de XRCC1, induziu um platô senescente transitório por meio da ativação da via p38MAPK/p16/Rb. Essa senescência transitória foi seguida pelo acúmulo de populações clonais de células transformadas e mutadas, indicando um papel na geração da iniciação tumoral.
Uma sub-região crítica do cromossomo que é nitidamente distinta em termos de reparo de DNA em comparação com outras regiões é o telômero. De fato, o reparo de DSB nos telômeros tende a suprimir especificamente a via de junção de extremidades não homólogas (NHEJ) para evitar a fusão de extremidades cromossômicas. Um estudo de Joao Passos e colegas, utilizando sondas AcGFP-53BP1 e teloméricas, identificou um acúmulo de focos associados a telômeros (TAFs) tanto in vitro quanto in vivo no fígado e intestino delgado de camundongos idosos, independentemente de focos de dano induzidos por encurtamento e desproteção dos telômeros. Importante, experimentos de microscopia de fluorescência com resolução temporal mostraram ainda que esses TAFs levaram mais tempo para serem resolvidos do que os não-TAFs, sugerindo uma eficiência de reparo reduzida.
ROS e o estado pró-oxidante favorecem a aquisição da senescência celular
Considerando nossa discussão até agora sobre os impulsionadores da senescência, pode-se perguntar: como o ROS se insere nesses conceitos e influencia a aquisição da senescência?
Senescência induzida por terapia através da lente redox. (A) A terapia do câncer induz níveis elevados de ROS e alto estresse oxidativo nas células, causando a formação de 8-oxoguanina telomérica e dano oxidativo telomérico. A lesão telomérica é detectada por proteínas sensoras de dano ao DNA, causando a ativação das vias p53/p21, resultando em senescência. (B) A quimioterapia genotóxica causa inibição da replicação do DNA e do ciclo celular, o que induz dano global ao DNA. Quebras de fita dupla e de fita simples são detectadas por ATM e ATR, respectivamente, induzindo uma resposta de p53 que resulta na ativação do programa de senescência. A resposta p53/p21 pode, por sua vez, induzir a produção de ROS via disfunção mitocondrial, causando aumento do dano oxidativo ao DNA e sinalização persistente de resposta a dano no DNA. (C) O SASP induz dano parácrino ao DNA, bem como aumento da produção de ROS via regulação positiva da NADPH oxidase (NOX). Na ausência de drogas genotóxicas, o dano ao DNA induzido por ROS pode desempenhar um papel mais proeminente na condução da ativação de p53, resultando em senescência parácrina. (D) Células senescentes podem se acumular na frente invasiva dos cânceres e criar níveis elevados de ROS, alto estresse oxidativo e um ambiente pró-inflamatório via SASP. Fatores pró-inflamatórios do SASP então facilitam o comportamento agressivo e invasivo, enquanto o microambiente de alto ROS cria um milieu imunossupressor e permissivo à tumorigênese. (E) Uma pequena subpopulação de células senescentes induzidas por terapia pode reentrar no ciclo celular via regulação positiva de Cdk1. Essas células “escapadas da senescência” são fenotipicamente diferentes de suas contrapartes não senescentes antes da fuga, e são caracterizadas por alta capacidade de auto-renovação via regulação positiva de genes relacionados à stemness. Após a fuga da senescência, essas células possuem um fenótipo de baixo ROS e alto antioxidante, em contraste com o ambiente pró-oxidante associado à senescência. Isso sugere um evento de reconexão redox associado à fuga da senescência com implicações para a recorrência tumoral.
Fig. 2
De certa forma, as EROs poderiam ser consideradas um iniciador chave da senescência por meio da exacerbação do estresse oxidativo (Fig. 2A). Os telômeros, em particular, demonstraram ser propensos a danos oxidativos. Um estudo elegante do grupo de Patricia Opresko destacou isso anteriormente ao utilizar uma proteína de fusão FAP-mCerulean-TRF1 para introduzir especificamente lesões de 8-oxo-guanina (8oxoG) nos telômeros. Notavelmente, a 8oxoG telomérica aguda foi capaz de iniciar uma senescência prematura rápida, caracterizada pela sinalização de DDR mediada por ATM que levou à ativação de p53. A DDR induzida por 8oxoG telomérica, que surgiu da fragilidade telomérica associada à replicação, tornou as células em replicação mais sensíveis à senescência induzida por 8oxoG telomérica do que as células quiescentes. Além disso, o estado telomérico também demonstrou afetar a função mitocondrial e, subsequentemente, a produção de EROs, por meio do controle de fatores de biogênese mitocondrial. Isso coloca os telômeros e as mitocôndrias em um ciclo de retroalimentação positiva, no qual a disfunção de um pode exacerbar a disfunção do outro. Apesar disso, a 8oxoG telomérica aguda não pareceu afetar as células cancerígenas, mesmo aquelas deficientes na atividade da glicosilase de 8oxoG (OGG1). Considerando a atividade citotóxica não discriminatória das quimioterapias que visam especificamente células em proliferação rápida, pode-se especular que tais mecanismos poderiam estar envolvidos na indução de efeitos colaterais induzidos pela quimioterapia e acelerar fenótipos de envelhecimento em pacientes com câncer e sobreviventes pós-tratamento.
Por outro lado, o início de danos ao DNA e a DDR são mais prováveis de se originar de fármacos citotóxicos, como agentes alquilantes, antraciclinas e inibidores da topoisomerase, ou da radioterapia, que atuam diretamente no DNA, e de processos celulares essenciais, como a síntese ou replicação do DNA. Nesse contexto, a geração de ROS e, subsequentemente, o estado pró-oxidante desempenham papéis secundários importantes no reforço dos danos ao DNA e na indução de DDR persistente necessária para o comprometimento com a senescência (Fig. 2B). Como exemplo, foi relatado anteriormente que a ativação de longo prazo de p21 pode induzir disfunção mitocondrial e elevar os níveis intracelulares de ROS através da via GADD45A-p38MAPK-GRB2-TGFBRII-TGFβ. Isso levou à reposição de focos de danos ao DNA de curta duração e à manutenção da DDR. Outro estudo também descreveu um ciclo de retroalimentação positiva do acúmulo de p53 e do aumento dos níveis intracelulares de ROS, específico em células senescentes induzidas por estresse, via regulação negativa da ubiquitina E3 ligase CUL4B. Aqui, a expressão ectópica de CUL4B atenuou com sucesso a senescência ao atenuar a ativação de p53 e a produção de ROS. Em conjunto, isso sugere que a interrupção do ciclo de retroalimentação positiva p53/p21-ROS poderia oferecer uma estratégia eficaz para modular o destino celular por meio do uso de antioxidantes ou agentes indutores de ROS. De fato, o inibidor de ROS N-acetilcisteína (NAC) foi capaz de prevenir a senescência induzida por cisplatina em células de carcinoma hepatocelular com p53 do tipo selvagem, enquanto uma fonte exógena de ROS combinada com níveis fisiológicos de p53 foi capaz de direcionar as células para a via apoptótica em vez da senescência celular. Coletivamente, o ciclo de retroalimentação p53/p21 e ROS não apenas representa elementos cruciais para o estabelecimento da senescência, mas também um eixo passível de ser alvo para intervenção terapêutica, possivelmente em conjunto com a quimioterapia, para influenciar os destinos celulares.
O estado redox e seu impacto não autônomo celular
ROS e estados redox alterados medeiam efeitos de células senescentes em células vizinhas
Além da iniciação e estabelecimento da senescência, as EROs e estados redox alterados também podem afetar o fenótipo funcional das células senescentes, que pode ser ditado por seu secretoma ou SASP. Uma das características notáveis do SASP é sua capacidade de induzir senescência parácrina em células vizinhas, um fenômeno frequentemente chamado de efeito "bystander" da célula senescente. Em princípio, as maquinarias moleculares que estabelecem a senescência secundária são semelhantes às da senescência primária, caracterizadas pela presença de danos ao DNA, DDR, ativação de p53/p21 e evitação das vias de morte celular programada, sugerindo que existem certas entidades do SASP, dentre uma composição complexa, que são capazes de induzir danos ao DNA em células vizinhas. Nesse contexto, há evidências de pelo menos um controle parcial das EROs sobre o "efeito bystander" por meio da modulação de vias que alteram a composição do SASP. Em células MRC5 e IMR90 de fibroblastos pulmonares humanos senescentes induzidas por estresse, por exemplo, a hiperprodução de EROs devido à disfunção mitocondrial demonstrou impulsionar o SASP mediado por NF-κB, que contribuiu para o aumento da formação de focos de 53BP1 e ativação do DDR em células jovens vizinhas. Curiosamente, o estresse oxidativo elevado tem sido um tema consistente em células bystander expostas ao secretoma senescente. De fato, dentro do SASP inflamatório rico em citocinas, vários membros de citocinas, como TNF-α, IL-1β e IFN-γ, demonstraram aumentar as EROs nas células receptoras. Em células fibroblásticas BJ não transformadas com senescência parácrina induzida por fármacos, foi relatado que a IL-1β, em conjunto com o TGF-β, impulsiona danos ao DNA por meio da regulação positiva da NADPH oxidase Nox4. Isso poderia mediar a produção excessiva de H2O2 juntamente com seu parceiro de ligação p22phox. Estudos em células senescentes bystander decorrentes da irradiação induzida por partículas alfa de baixa dose e microfeixes em culturas de células humanas apoiaram ainda mais o papel do estresse oxidativo como indutor de danos ao DNA, que levou à regulação positiva da NADPH oxidase, juntamente com um aumento concomitante de ânions superóxido e H2O2. Estes também contribuíram para a ativação de p53 e p21Waf1. Em conjunto, esses estudos sugerem que pode haver uma forte dependência das EROs para a manutenção sustentável dos danos ao DNA que podem, eventualmente, culminar em senescência, mesmo na ausência de agentes potentes causadores de danos ao DNA (Fig. 2C).
As EROs e o estresse oxidativo sustentam um programa de SASP pró-tumorigênico
A produção constitutiva de ROS associada à indução e estabelecimento do fenótipo senescente também está frequentemente conectada a mudanças globais no panorama da proteômica redox ou a uma reconfiguração das redes de sinalização redox. Exemplos disso incluem alterações em massa da oxidação de cisteínas observadas em condições de estresse, e uma reconfiguração significativa da sinalização redox em modelos de envelhecimento in vivo. Tal alteração das redes de sinalização redox pode não apenas afetar o equilíbrio homeostático redox e suas redes antioxidantes associadas, mas também diversas funções e fenótipos celulares. Um exemplo notável disso foi relatado em um estudo que utilizou a abordagem de marcação SILAC-iodoTMT para rastrear resíduos de cisteína redox-sensíveis em células RPE-1 senescentes induzidas por radiação ionizante. Isso revelou uma mudança na sinalização redox que favorecia a preservação de antioxidantes e proteínas da família das peroxirredoxinas (Prx), como CAT, GPx1, GPx4, PDXN, PRDX1 e PRDX2, o que levou a uma maior tolerância ao estresse oxidativo. Notavelmente, o knockdown da peroxirredoxina 6 (PRDX6) não só foi capaz de sensibilizar células RPE-1 senescentes ao H2O2 exógeno, mas também alterou o panorama de citocinas, caracterizado pela supressão de IL-6, TGFB-1 e SERPINE-1. Observações semelhantes também foram obtidas em células fibroblásticas dérmicas senescentes induzidas por estresse, onde o tratamento com NAC conseguiu atenuar a produção de IL-6, IL-8 e TGFB3, provavelmente via supressão do eixo TAK1/IKK-B/IRF5.
Na frente invasiva dos cânceres, as respostas inflamatórias atuam como potentes impulsionadoras da invasão e metástase do câncer. De fato, a frente invasiva de tecidos de câncer de mama foi previamente encontrada para exibir maior incidência de marcadores de senescência e fatores SASP. Consistente com isso, um estudo recente que examinou a heterogeneidade espacial de cânceres colorretais identificou populações majoritárias de células tumorais senescentes residindo na frente invasiva. Isso foi caracterizado pela coloração de p16INK4A, secreção de SASP inflamatório e regulação positiva da metaloproteinase-7 da matriz (MMP7) que pode conduzir fenótipos metastáticos. Células tumorais colorretais senescentes foram encontradas como originárias de células cancerosas proliferantes localizadas no centro do tumor, transitando gradualmente para um fenótipo EMT parcial, concomitante com a aquisição de p16INK4A, à medida que migravam para a frente invasiva. Notavelmente, a regulação positiva da expressão de p16INK4A e MMP7 foi altamente associada à baixa expressão da DNA metiltransferase 1 (DNMT1), o que foi atribuído à alta produção de ROS na frente invasiva. Além disso, CD44v9, uma variante transcricional de CD44 conhecida por gerar glutationa, também foi encontrada como suprimida em células tumorais senescentes positivas para p16INK4, sugerindo que o eixo CD44v9-ROS-DNMT1 atua como um ator-chave do fenótipo metastático induzido pela senescência tumoral na frente invasiva. Pode-se concluir, portanto, que embora as vias específicas que impulsionam o SASP possam variar, o estresse oxidativo parece ser um contribuinte-chave para criar um ambiente propício para a produção inflamatória e pró-tumorigênica de SASP (Fig. 2D).
ROS media alterações associadas à senescência da paisagem inflamatória no microambiente tumoral
Com o advento da terapia de checkpoint imunológico e o avanço das tecnologias de célula única para identificação de células imunes específicas em amostras em massa, o microambiente imunológico tem sido considerado um aspecto importante da patologia do câncer. Embora as células senescentes sejam eliminadas principalmente por meio da eliminação mediada pelo sistema imunológico, a vigilância imunológica prejudicada pode gerar um microambiente senescente crônico. As ROS não são apenas mediadoras do estresse oxidativo, mas também desempenham papéis fundamentais na regulação das células imunes durante o desenvolvimento tumoral. As ROS atuam principalmente como participantes imunossupressoras na progressão tumoral. Níveis elevados de ROS podem mediar efeitos imunossupressores; por exemplo, a exposição de células T a altos níveis de ROS pode reduzir a atividade das células T. Por outro lado, baixos níveis de ROS podem induzir a enzima imunorreguladora, indoleamina 2,3-dioxigenase, e potencializar a função das células T reguladoras (Tregs) que suprimem a resposta imune. Curiosamente, análises de bancos de dados de câncer disponíveis publicamente sugeriram uma associação entre um estado oxidativo aumentado (escore redox elevado) e um microambiente tumoral 'desértico-imune' em cânceres pancreáticos com baixa sensibilidade à quimioterapia e desfecho desfavorável para o paciente. Notavelmente, um estudo investigando células SW480 de câncer colorretal senescentes induzidas por ROS, que possuem características de SASP semelhantes às das células de câncer colorretal p16INK4A positivas in vivo, mostrou inibição da migração de células T CD8+. Investigações subsequentes descobriram que CXCL12 (quimiocina 12 do motivo C-X-C) secretada pelas células senescentes induziu a perda de células T CD8+ CXCR4 e, consequentemente, prejudicou a migração. Curiosamente, níveis fisiológicos de CXCL12 ainda podiam mediar a quimiotaxia de células T CD8, sugerindo um mecanismo de sinais bidirecionais exercidos pela CXCL12 com base nos níveis de concentração. Isso destaca ainda mais o fato de que a superprodução de quimiocinas associadas à senescência pode não se traduzir necessariamente em infiltração imune, contribuindo ainda mais para a complexidade do SASP.
Por outro lado, especialmente no contexto de ambientes inflamatórios patológicos associados a doenças crônicas, as células imunes podem causar danos colaterais como parte de uma troca evolutiva entre a eficácia do sistema imunológico e a patologia relacionada à idade, conforme observado durante o inflammaging. Apoiando essa hipótese em relação à patogênese inflamatória, um trabalho interessante do grupo de Joao Passos no contexto de lesão hepática aguda revelou que os neutrófilos poderiam causar disfunção telomérica dependente de ROS em células não imunes, culminando em senescência. Importante, esses neutrófilos foram encontrados sendo recrutados por células senescentes p16INK4A positivas, sugerindo um mecanismo potencial dependente de ROS pelo qual a senescência parácrina pode ser mediada. Isso poderia constituir um ciclo de retroalimentação positiva onde o ambiente senescente crônico é reforçado. Em conjunto, as evidências atuais demonstram que o excesso de ROS e os ambientes de estresse oxidativo criados por células senescentes geram um microambiente imunossupressor para permitir tendências pró-tumorigênicas (Fig. 2D). Vale ressaltar que esta é uma área de pesquisa emergente, e propomos que a heterogeneidade do SASP seja considerada ao avaliar os mecanismos subjacentes às alterações no panorama imunológico associado às ROS.
Intervenções que afetam o eixo redox-TIS
É claro que a capacidade das ROS e da sinalização redox associada de modular os destinos celulares e a função das células senescentes torna isso um alvo atraente para intervenção. Existem duas grandes categorias intervencionais que definem o campo atual dos senoterapêuticos: A primeira classe de compostos, os senolíticos, visa induzir seletivamente a morte celular de células senescentes. A segunda, os senomórficos (ou senostáticos), é focada na modulação do secretoma pró-inflamatório senescente ou SASP. Nas seções seguintes, discutimos o potencial de aproveitar as ROS e a sinalização redox como um meio de alcançar a função senolítica ou senomórfica, bem como descrevemos alguns exemplos recentes de compostos que exploraram o estado redox senescente como parte de estratégias intervencionais.
Está bem estabelecido que as células senescentes dependem da regulação positiva constitutiva da família antiapoptótica BCL de proteínas para a manutenção da viabilidade celular. De fato, antagonistas de BCL2, como o conhecido ABT-263 (navitoclax), têm sido amplamente utilizados como senolíticos in vitro e in vivo para explorar essa vulnerabilidade associada à senescência. Essa abordagem, no entanto, tem enfrentado vários desafios e destaca uma ressalva. Por exemplo, sabe-se que células que não expressam BAK e BAX são resistentes ao ABT-263. Além disso, foi demonstrado que células senescentes parácrinas expressam níveis reduzidos de BCL-2 em comparação com células senescentes primárias. Isso explica a maior incidência de resistência ao inibidor de BCL-2 em células senescentes parácrinas em comparação com células senescentes primárias, essencialmente destacando que a diversidade do fenótipo senescente pode prejudicar a eficácia terapêutica.
Aproveitar a rede de sinalização redox das células senescentes como uma forma de ativar vias de morte celular pode ser vantajoso para lidar com a heterogeneidade das células senescentes. De fato, vários compostos foram investigados quanto à sua capacidade de atingir alvos específicos na rede de sinalização redox senescente para obter a ativação seletiva da morte celular programada.
O produto natural piperlongumina (PL), por exemplo, foi identificado a partir de uma triagem de bibliotecas utilizando células fibroblásticas WI-38 senescentes induzidas por irradiação, por ter a capacidade de matar seletivamente células senescentes. Em comparação com outros agentes senolíticos, constatou-se que a PL apresenta baixa toxicidade, possui excelente perfil farmacocinético-farmacodinâmico (PK/PD) e biodisponibilidade oral. Investigações adicionais, utilizando pull-down baseado em sonda e análise proteômica por espectrometria de massas, identificaram a proteína de resistência à oxidação 1 (OXR1) como um dos alvos moleculares aos quais a PL se liga. A expressão de OXR1 foi significativamente maior em células WI-38 senescentes, em comparação com células não senescentes. Experimentos subsequentes demonstraram ainda que a PL induziu a degradação proteassômica de OXR1. Descobriu-se que o knockdown de OXR1 em células senescentes imita a função senolítica da PL, fazendo com que as células sofram apoptose por meio do acúmulo de ROS e da regulação negativa de enzimas antioxidantes, como GPx2 e CAT. Importante, o knockdown de OXR1 sensibilizou seletivamente as células senescentes, mas não as células não senescentes, à apoptose induzida por H2O2, sugerindo uma rede de sinalização redox reconfigurada que dependia fortemente de OXR1 para a tolerância ao estresse oxidativo. Em suma, aproveitar a OXR1 como alvo pode ser benéfico para o desenvolvimento de novos senolíticos. Isso poderia então ser testado em células cancerígenas TIS para possivelmente melhorar o resultado de quimioterapias contra o câncer, o que nos leva ao próximo exemplo.
O flavonoide sintético GL-V9 (5-hidroxi-8-metoxi-2-fenil-7-(4-(pirrolidin-1-il) butoxi)-4-H-cromen-4-ona), derivado do produto natural wogonina, demonstrou atividade senolítica dependente de ROS em células de câncer de mama MDA-MB-231 tratadas com quimioterapia (TIS) e em fibroblastos embrionários de camundongo (MEFs) senescentes por replicação. Curiosamente, descobriu-se que o GL-V9 imita a atividade de alcalinização lisossomal da cloroquina em células senescentes, prevenindo a acidificação do autolisossomo, uma etapa-chave necessária na autofagia para eliminar mitocôndrias disfuncionais. De fato, foi demonstrado que células MDA-MB-231 senescentes tratadas com GL-V9 possuem maior abundância mitocondrial, conforme observado com Mito-Tracker Green. Descobertas adicionais demonstraram que os níveis elevados de ROS impulsionados pela eliminação de mitocôndrias disfuncionais eventualmente contribuíram para uma via apoptótica dependente de ROS, fundamentando a base para a atividade senolítica do GL-V9. Dessa forma, postulou-se que o GL-V9 é um fármaco senolítico promissor, benéfico na eliminação de células TIS.
Além da indução apoptótica dependente de ROS, a indução de ferroptose aproveitando a homeostase de ferro prejudicada representa uma abordagem alternativa para induzir seletivamente a morte de células senescentes. Por exemplo, um estudo recente descobriu que o indutor de ferroptose FIN56 poderia eliminar seletivamente células senescentes primárias e parácrinas. A investigação subsequente revelou a dependência da glutationa peroxidase GPx4 em células senescentes para causar a morte celular por ferroptose. Importante, também foi demonstrado que o FIN56 exibe eficácia semelhante tanto em células senescentes parácrinas quanto primárias, apoiando seu uso potencial como um agente senolítico de amplo espectro.
Aproveitando ROS e sinalização redox para alcançar efeito sinérgico da função senomórfica
Sabe-se que as células senescentes desempenham papéis benéficos na função fisiológica normal, como na cicatrização de feridas e no desenvolvimento. A eliminação dessas células senescentes fisiologicamente relevantes foi considerada prejudicial. Uma observação inicial disso foi relatada pelo grupo de Judith Campisi, onde a eliminação de células p16+ por ganciclovir retardou a reparação cutânea de feridas. Em um estudo mais recente, descobriu-se que a eliminação de células sentinela p16+ na membrana basal do pulmão por dasatinibe e quercetina reduziu a regeneração de células-tronco das vias aéreas.
No entanto, existem ressalvas quanto ao uso de agentes senolíticos. Um exemplo bem conhecido é o ABT-263, que pode induzir efeitos colaterais graves, como náusea, anemia, neutropenia e trombocitopenia. A trombocitopenia, por exemplo, pode surgir devido aos efeitos líticos não intencionais fora do alvo em células não senescentes, como plaquetas circulantes e linfócitos T, uma vez que estas também dependem de proteínas da família Bcl-2 para sobreviver. A administração concomitante com quimioterapia ou doses mais altas de ABT-263 também pode aumentar a probabilidade e a intensidade dessas reações adversas. Além disso, é crucial reconhecer que as células senescentes são altamente imunogênicas, uma propriedade que pode ser explorada para a ativação da resposta imune antitumoral. O uso de uma abordagem senomórfica para atenuar ou suprimir o efeito do SASP sem eliminar as células senescentes pode abordar algumas das preocupações associadas à administração de senolíticos.
Curiosamente, enquanto a maioria dos senomórficos visa diretamente os condutores do SASP, como NF-kB, p38MAPK e mTOR, alguns fármacos senomórficos também podem aliviar simultaneamente outros processos associados à senescência modulando ROS e o estado redox. A metformina, por exemplo, demonstrou não ser apenas um potente modulador do SASP, mas também um quimiossensibilizador. Em células de CPNPC, o tratamento com metformina mostrou-se capaz de reverter a quimiorresistência induzida pelo estresse oxidativo por meio da regulação negativa do Nrf2, bem como de suas proteínas antioxidantes downstream subsequentes. Mecanisticamente, descobriu-se que a metformina induz a desfosforilação do Nrf2 e restaura sua poliubiquitinação, acelerando assim sua degradação proteassomal. O tratamento em conjunto com o eliminador de ROS NAC pareceu atenuar essa atividade quimiossensibilizadora ao restaurar a atividade antioxidante. A manutenção da expressão de Nrf2 em pacientes após quimioterapia neoadjuvante também foi correlacionada com baixa sobrevida e fenótipo quimiorresistente. Consistente com o papel do Nrf2 como um fator de transcrição chave de sinalização redox, a rapamicina também demonstrou aumentar a tolerância contra a senescência induzida por estresse oxidativo que era dependente de Nrf2. Essa capacidade de prevenção da senescência também foi concomitante com a ativação da autofagia. Em outro estudo, a rapamicina carregada em nanopartículas de ZIF-8 (estrutura zeolítica imidazolato-8) mostrou-se benéfica para a morte tumoral direta e para aliviar a quimiorresistência à doxorrubicina por meio da produção de ROS estimulada pelo ZIF-8 e da inibição de mTOR. Além disso, embora a rapamicina não seja considerada um agente citotóxico per se, há evidências de que o uso sinérgico da rapamicina com outros compostos poderia provocar um efeito apoptótico terapêutico. Como exemplo, um estudo utilizando um modelo de camundongo com câncer gástrico explorou o uso do tratamento sinérgico com rapamicina e EF24, um análogo da curcumina. Surpreendentemente, descobriu-se que o EF24 aumentava a produção de ROS induzida pela rapamicina ao aumentar o estresse do RE e a disfunção mitocondrial. Interessante e importantemente, descobriu-se que a produção de ROS pela rapamicina era independente de sua inibição de mTOR, sugerindo que, neste contexto sinérgico, a atividade senomórfica da rapamicina dependente da inibição de mTOR ainda provavelmente permaneceria intacta. Em conjunto, pode-se extrapolar que a exploração da modulação de ROS e do estado redox poderia potencialmente permitir o uso flexível e sinérgico de senomórficos, como quimiossensibilizadores ou indutores de apoptose, por exemplo, enquanto ainda retêm sua atividade moduladora do SASP por meio do direcionamento dos condutores do SASP.
Escape da senescência induzida por terapia – uma nova fronteira na biologia redox
Tradicionalmente, a senescência induzida por terapia (SIT) tem sido definida como uma forma estável de parada do crescimento após terapia, como radiação ou quimioterapia. Uma área emergente de pesquisa que desafiou essa noção e ganhou força nos últimos anos é a "fuga da senescência". Aqui, uma pequena subpopulação de células SIT adquire a capacidade de escapar da senescência. É importante notar que essas células que escaparam da senescência e que reentram no ciclo celular diferem fenotipicamente das células não senescentes antes da fuga (Fig. 2E). Observações iniciais disso foram relatadas pela primeira vez pelo grupo de Daniel Wu em 2005, onde uma subpopulação de células SIT H1299 de NSCLC p53-nulo e deficiente em p16 escapou da parada replicativa e reentrou no ciclo celular. Essas células escapadas foram encontradas expressando níveis anormalmente altos da quinase dependente de ciclina Cdc2/Cdk1. Em um estudo separado, células SIT HCT116 de câncer de cólon tratadas com o inibidor de autofagia Bafilomicina A1 (BafA1) mostraram reativar seu potencial proliferativo. Essas células reativadas foram encontradas possuindo maior capacidade de células-tronco, caracterizada por aumento da expressão de NANOG, população CD24+ e formação de colônias. Consistentemente, análises de linfomas de células B senescentes e não senescentes de transgênicos Eμ-Myc exibiram regulação positiva de uma assinatura de células-tronco, concomitante com a ativação da sinalização WNT. Essas assinaturas também foram observadas em células que reentram no ciclo celular após a senescência, indicando que certos aspectos, como o aumento da capacidade de células-tronco, não foram perdidos após a liberação da parada da senescência. Curiosamente, isso também foi observado em células que escaparam da senescência induzida por oncogenes, onde marcas de cromatina associadas à senescência persistiram como memória epigenética em células pós-senescentes. Isso apoiou a ideia de que a reprogramação epigenética associada à senescência poderia ser herdada por células pós-senescentes, formando uma "cicatriz de senescência".
Importante, do ponto de vista redox, o estado redox nas "fugitivas da senescência" difere completamente das células no estado de senescência. Enquanto o estado de senescência é caracterizado por altos níveis de ROS e um microambiente pró-oxidante, um estudo usando células de câncer de mama que escaparam da SIT demonstrou um ambiente redox com baixo ROS, concomitante com superexpressão da superóxido dismutase 1/2 (SOD1/2), glutationa peroxidase 1/2 (GPx1/2) e estabilização de Nrf2. Esse ambiente de baixo ROS parece imitar o das células-tronco cancerígenas. De fato, a estabilização de Nrf2 em células que escaparam da SIT foi encontrada como mediada por p21 e necessária para o enriquecimento de células-tronco tumorais.
Não está claro por que o estado redox pró-oxidante associado à senescência não é preservado em células que escaparam da senescência. Poder-se-ia especular que a transição para um ambiente de baixo ROS está entrelaçada com processos e pontos de verificação relacionados ao ciclo celular impulsionados por CDK, que diferem entre células senescentes e células que escaparam da senescência. Também é possível que tal reprogramação redox possa ser importante para desencadear o início da fuga da senescência e mediar as etapas iniciais da reentrada no ciclo celular. Um estudo com resolução temporal que acompanhe a dinâmica do estado redox, especificamente durante a janela de transição da fuga da senescência, seria fundamental para abordar essa questão. Pode ser benéfico abordar isso por meio de uma abordagem multi-ômica para dissecar quaisquer alterações acompanhantes em marcas epigenéticas e nós metabólicos que possam colaborar com as alterações redox para mediar a reentrada no ciclo celular após a fuga da senescência.
Conclusão
Examinar a senescência induzida por terapia através de uma lente redox abre uma rota empolgante e promissora para compreender a heterogeneidade da senescência, a fim de combater a progressão do câncer e a resistência à terapia. Prevemos que isso não apenas identificará nós alvejáveis adequados, mas também informará estratégias para o desenvolvimento de novos senoterapêuticos de amplo espectro. Integrar isso com o uso de sequenciamento de RNA de célula única com resolução temporal combinado com multi-ômica espaço-temporal também deve fornecer insights sobre a distribuição de células senescentes e sua dinâmica de sinalização redox. Além disso, células semelhantes a células-tronco tumorais com baixos níveis de ROS oferecem vulnerabilidades a serem exploradas para o campo emergente da fuga da senescência (Fig. 2E). Como a fuga da TIS representa um motor da recorrência tumoral, seria fundamental elucidar o papel do ROS e da dinâmica do estado redox durante esse processo. Aguardamos ansiosamente descobertas novas e empolgantes a esse respeito.
Financiamento
Este trabalho foi apoiado pela ().
Declaração de contribuição de autoria CRediT
Matius Robert: Escrita – revisão e edição, Escrita – rascunho original. Brian K. Kennedy: Escrita – revisão e edição, Supervisão, Aquisição de financiamento. Karen C. Crasta: Escrita – revisão e edição, Escrita – rascunho original, Conceituação.
Declaração de interesse concorrente
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes conhecidos ou relações pessoais que possam ter parecido influenciar o trabalho relatado neste artigo.
Referências
Espécies reativas de oxigênio (ROS) como agentes de sinalização fisiológica pleiotrópica
Definindo papéis de espécies reativas de oxigênio (ROS) específicas na biologia celular e fisiologia
Efeitos do nível basal de antioxidantes no dano oxidativo ao DNA em humanos
Respostas ao dano do DNA ao estresse oxidativo
Ativação direta de RhoA por espécies reativas de oxigênio requer um motivo sensível a redox
A motilidade celular polarizada induz peróxido de hidrogênio para inibir a cofilina via oxidação da cisteína
Fatores de crescimento hematopoiéticos sinalizam através da formação de espécies reativas de oxigênio
Espécies reativas de oxigênio mitocondriais regulam a sinalização do fator de transformação do crescimento beta
Espécies reativas de oxigênio medeiam vias de sinalização de fatores de crescimento mitogênicos em células musculares lisas de leiomioma humano
Regulação de ROS mitocondrial em células proliferantes
A adaptação à hipóxia envolve depressão metabólica mitocondrial e diminuição do vazamento de ROS
Adaptação cerebral à hipóxia e hiperóxia em camundongos
Estados pró-oxidantes e promoção tumoral
Estresse oxidativo em glóbulos vermelhos saudáveis e patológicos
Regulação redox em células cancerígenas durante a metástase
A expressão de beta-globina por células cancerígenas promove a sobrevivência celular durante a disseminação hematogênica
A heterogeneidade metabólica confere diferenças no potencial metastático do melanoma
Rastreando os destinos de adutos de DNA introduzidos em locais específicos no genoma humano
Frequentes transversões TA-->G:C em células de camundongos irradiadas com raios X
Efeitos mutagênicos do 2-hidroxi-dATP na replicação em um extrato de HeLa: indução de mutações de substituição e deleção
8-Oxo-7,8-diidro-2'-desoxiguanosina e outras lesões ao longo da fita codificante do éxon 5 do gene supressor de tumor P53 em um estudo caso-controle de câncer de mama
O papel diferencial das espécies reativas de oxigênio nos estágios iniciais e tardios do câncer
Espécies reativas de oxigênio e mitocôndrias: um nexo da homeostase celular
Mitocôndrias e ROS mitocondrial no câncer: novos alvos para terapia anticancerígena
A liberação do citocromo c das mitocôndrias ocorre por um processo de duas etapas
A resposta do p53 ao dano no DNA
A fosforilação de p53 na serina 20 induzida por espécies reativas de oxigênio é mediada em parte pela quinase tipo polo-3
Como o p53 induz a apoptose e como isso se relaciona com a supressão tumoral mediada por p53?
O papel da necroptose nas terapias anticâncer mediadas por ROS e suas aplicações promissoras
Ativação induzida por TNF da oxidase Nox1 NADPH e seu papel na indução da morte celular necrótica
A shikonina induz necroptose em células de glioma in vitro pela superprodução de ROS e promovendo a formação do necrossomo RIP1/RIP3
A autofosforilação de RIP1 é promovida por ROS mitocondrial e é essencial para o recrutamento de RIP3 para o necrossomo
cIAP1 e TAK1 protegem as células da necrose induzida por TNF prevenindo a produção de espécies reativas de oxigênio dependente de RIP1/RIP3
Vias regulatórias e drogas associadas à ferroptose em tumores
Regulação da morte celular cancerígena ferroptótica por GPX4
ACSL4 dita a sensibilidade à ferroptose moldando a composição lipídica celular
A degradação da glutationa por CHAC1 potencializa a necroptose e ferroptose induzidas por privação de cistina em células de câncer de mama triplo negativo humano através da via GCN2-eIF2alfa-ATF4
A interação intercelular dita a ferroptose das células cancerígenas via sinalização NF2-YAP
Função das ROS na sinalização redox e estresse oxidativo
O cultivo seriado de linhagens de células diploides humanas
Senescência induzida por terapia: oportunidades para melhorar a terapia anticâncer
Escape da senescência celular acelerada induzida por terapia em células de câncer de pulmão p53-nulo e em
células de câncer de pulmão humanas p53-nulo
Danos ao DNA são capazes de induzir senescência em células tumorais in vitro e in vivo
Marcas da senescência celular
Métodos para detectar biomarcadores de senescência celular: o ensaio de beta-galactosidase associada à senescência
A perda de laminina B1 é um biomarcador para quantificar a senescência celular na pele fotoenvelhecida
A senescência induzida por instabilidade cromossômica potencializa efeitos tumorigênicos não autônomos celulares
Geração de micronúcleos e detecção de pulverização cromossômica
Quebrando o círculo vicioso: DNA circular extracromossômico como um participante emergente na evolução tumoral
Quinase ATM: muito mais do que uma proteína responsiva a danos no DNA
O fenótipo secretor associado à senescência e suas implicações fisiológicas e patológicas
O acúmulo de lipídios facilita a adaptação induzida por deslizamento mitótico ao tratamento com fármacos antimitóticos
A inibição farmacológica de CDK4/6 revela um estado senescente dependente de p53 com toxicidade restrita
A inibição de CDK4/6 desencadeia imunidade antitumoral
A inibição da via estromal p38MAPK/MK2 limita metástases de câncer de mama e perda óssea induzida por quimioterapia
A senescência celular promove efeitos adversos da quimioterapia e recidiva do câncer
A senescência induzida por terapia impulsiona a perda óssea
A senescência celular é imunogênica e promove imunidade antitumoral
Estresse e morte celular imunogênicos
Nanovesícula derivada de células cancerosas senescentes como uma vacina terapêutica personalizada contra o câncer
Papel das células imunes na remoção de células senescentes deletérias
Explorando a senescência para o tratamento do câncer
A metformina inibe o fenótipo secretor associado à senescência ao interferir na ativação de IKK/NF-κB
O MTOR regula o fenótipo secretor associado à senescência pró-tumorigênico ao promover a tradução de IL1A
p38MAPK é um novo regulador independente da resposta a danos no DNA do fenótipo secretor associado à senescência
p38MAPK desempenha um papel crucial na tumorigênese mediada pelo estroma
A senescência celular promove a carcinogênese da pele através da sinalização de p38MAPK e p44/42MAPK
Supressão do fenótipo secretor associado à senescência (SASP) em fibroblastos humanos usando inibidores de pequenas moléculas de p38 MAP quinase e MK2
A inibição da via estromal p38MAPK/MK2 limita metástases de câncer de mama e perda óssea induzida por quimioterapia
KDM4 orquestra a remodelação epigenômica de células senescentes e potencializa o fenótipo secretor associado à senescência
A inibição de EZH2 remodela o fenótipo secretor associado à senescência inflamatória para potencializar a vigilância imunológica do câncer pancreático
O controle do fenótipo secretor associado à senescência por NF-κB promove a senescência e aumenta a quimiossensibilidade
Vivendo em uma pausa: senescência celular como uma resposta a danos no DNA
Intermediários de reparo persistentes induzem senescência
O reparo defeituoso de quebras de fita simples de DNA é responsável pela senescência e escape neoplásico de células epiteliais
Reparo dependente de recombinação homóloga de DSBs teloméricos em células humanas em proliferação
Telômeros são alvos favorecidos de uma resposta persistente a danos no DNA durante o envelhecimento e senescência induzida por estresse
A 8-oxo-guanina telomérica impulsiona a senescência prematura rápida na ausência de encurtamento dos telômeros
A disfunção dos telômeros induz comprometimento metabólico e mitocondrial
Danos persistentes e direcionados de 8-oxoguanina nos telômeros promovem perda de telômeros e crise
Efeitos colaterais da quimioterapia: nem todo dano ao DNA é igual
O feedback entre p21 e a produção de espécies reativas de oxigênio é necessário para a senescência celular
CUL4B dificulta a senescência celular induzida por estresse ao atenuar um ciclo de feedback positivo entre p53 e espécies reativas de oxigênio
A geração de espécies reativas de oxigênio é essencial para a senescência acelerada induzida por cisplatina em carcinoma hepatocelular
Um programa secretor complexo orquestrado pelo inflamassoma controla a senescência parácrina
Um efeito bystander de células senescentes: senescência induzida por senescência
O efeito bystander senescente é causado pela sinalização de NF-κB ativada por ROS
Células estromais mesenquimais do sangue periférico senescentes induzidas por hidroxiureia inibem a proliferação de células bystander de células de eritroleucemia humana positivas para JAK2V617F
Indução de efeitos bystander por radiação UVA, UVB e UVC em fibroblastos humanos e a implicação de espécies reativas de oxigênio
Citocinas pró-inflamatórias aumentam as espécies reativas de oxigênio através das mitocôndrias e da NADPH oxidase em células RPE cultivadas
A sinalização IL1 e TGFβ-Nox4, o estresse oxidativo e a resposta a danos no DNA são características compartilhadas da senescência 'bystander' parácrina replicativa, induzida por oncogene e induzida por drogas
A NADPH oxidase geradora de ROS NOX4 é um mediador crítico no dano ao DNA induzido por H-Ras oncogênico e na senescência subsequente
Partículas alfa iniciam a produção biológica de ânions superóxido e peróxido de hidrogênio em células humanas
A irradiação citoplasmática direcionada com partículas alfa induz mutações em células de mamíferos
O metabolismo oxidativo modula a transdução de sinal e a formação de micronúcleos em células bystander de culturas de fibroblastos humanos normais irradiados com partículas alfa
Cronologia dos eventos redox em células pós-mitóticas em envelhecimento
Análises proteômicas de redox de cisteína em fígados de camundongos alimentados com dieta rica em gordura e em jejum: implicações para a homeostase metabólica hepática
Um panorama quantitativo específico de tecido da regulação redox de proteínas durante o envelhecimento
O jejum, mas não o envelhecimento, altera drasticamente o status redox dos resíduos de cisteína em proteínas em Drosophila melanogaster
A peroxirredoxina 6 protege células irradiadas do estresse oxidativo e molda seu panorama de citocinas associado à senescência
A senescência induzida por estresse oxidativo medeia fenótipos inflamatórios e fibróticos em fibroblastos de pacientes com esclerose sistêmica
Inflamação: uma força motriz acelera a metástase do câncer
A senescência celular está associada à evolução espacial em direção a um fenótipo metastático mais elevado no câncer colorretal
Os níveis redox na superfície das células T determinam a reatividade das células T e a metástase do câncer
Espécies reativas de oxigênio regulam a resposta imune das células T no microambiente tumoral
Diálogo entre morte celular regulada e imunidade na deshomeostase redox no câncer de pâncreas
Células tumorais senescentes constroem um escudo de citocinas no câncer colorretal
Movimento ativo das células T para longe de uma quimiocina
Inflamação-envelhecimento: uma perspectiva evolutiva sobre a imunossenescência
Neutrófilos induzem disfunção telomérica parácrina e senescência de forma dependente de ROS
Neutrófilos: mediando TelOxidação e senescência
A eliminação de células senescentes pelo ABT263 rejuvenesce células-tronco hematopoiéticas envelhecidas em camundongos
Visando o vício diferencial na família anti-apoptótica BCL-2 para terapia do câncer
Ablação seletiva de células senescentes primárias e parácrinas ao visar a deshomeostase do ferro
Descoberta da piperlongumina como um potencial novo protótipo para o desenvolvimento de agentes senolíticos
Síntese, avaliação celular e mecanismo de ação de análogos da piperlongumina
A resistência à oxidação 1 é um novo alvo senolítico
Identificação do GL-V9 como um novo agente senolítico contra células senescentes de câncer de mama
A cloroquina inibe o fluxo autofágico ao diminuir a fusão autofagossomo-lisossomo
Um papel essencial das células senescentes na cicatrização ideal de feridas através da secreção de PDGF-AA
Senescência celular programada durante o desenvolvimento embrionário de mamíferos
Células sentinela p16(INK4a+) na membrana basal formam um nicho reparativo no pulmão
Navitoclax, um inibidor direcionado de alta afinidade de BCL-2, em neoplasias linfoides: um estudo de escalonamento de dose de fase 1 de segurança, farmacocinética, farmacodinâmica e atividade antitumoral
A metformina reverte a quimiorresistência no câncer de pulmão de não pequenas células ao acelerar a degradação mediada por ubiquitinação do Nrf2
A rapamicina inibe o fenótipo secretor de células senescentes por um mecanismo independente de Nrf2
Nanosistema ZIF-8 encapsulado com rapamicina projetado racionalmente para superar a resistência à quimioterapia
Atividade antitumoral sinérgica da rapamicina e EF24 via aumento de ROS para o tratamento do câncer gástrico
Senescência celular: nem irreversível nem reversível
Escape de células tumorais da senescência induzida por terapia como modelo de recorrência da doença após dormência
Escape da senescência celular acelerada induzida por terapia em células de câncer de pulmão p53-nulo e em cânceres de pulmão humanos
A bafilomicina A1 desencadeia o potencial proliferativo de células cancerosas senescentes in vitro e em camundongos NOD/SCID
A reprogramação associada à senescência promove a propriedade de célula-tronco cancerosa
O escape da senescência induzida por oncogene é controlado por POU2F2 e memorizado por cicatrizes de cromatina
A senescência induzida por drogas gera células semelhantes a tronco quimiorresistentes com baixas espécies reativas de oxigênio
Associação dos níveis de espécies reativas de oxigênio e radiorresistência em células-tronco cancerosas
Dormência tumoral e recorrência da doença
Disponibilidade de dados
Nenhum dado foi utilizado para a pesquisa descrita no artigo.