Mecanismos da toxidez de FGF2 em células malignas dependentes de Ras: bloqueio de divisão celular e estresse proteotóxico

• Main Author: Matheus Henrique dos Santos Dias
• Other Authors: Hugo Aguirre Armelin
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2012
• Subjects: Ciclo celular; Estresse proteotóxico; FGF2; Neoplasias; Ras; Cell cycle; Neoplasms; Proteotoxic stress
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46131/tde-24052013-093639/

FGF2 (Fibroblast Growth Factor 2) é o membro fundador de uma grande família de fatores de crescimento protéicos. Sua atividade se dá através da ligação e ativação de receptores específicos de membrana (FGFRs) com atividade de tirosina quinase. No organismo adulto, a sinalização de FGF2 está envolvida na indução de processos de sobrevivência, proliferação e diferenciação celular; além de cicatrização e angiogênese. Por atuar como um clássico fator de crescimento, a atividade de FGF2 está freqüentemente implicada em mecanismos pró-tumorais. Entretanto, alguns grupos, incluindo o nosso, têm reportado que FGF2 também pode apresentar efeitos antiproliferativos a até citotóxicos seletivamente em células malignas. Em 2008, publicamos um compreensivo relato mostrando que FGF2 bloqueia irreversivelmente a proliferação de linhagens murinas malignas dependentes de Ras. Alterações que levem a atividade aumentada de proteínas Ras estão presentes em diversos cânceres humanos e, freqüentemente, resultando em problemas no tratamento e prognóstico ruim. No presente trabalho, utilizamos principalmente a linhagem murina maligna dependente de Ras Y1 D1G, que apresenta um controle estrito de quiescência/proliferação em função da presença de soro; e é por isso mesmo um bom modelo para a análise dos efeitos de FGF2 sobre o ciclo celular. Análises por citometria de fluxo mostraram que, nessas células, apesar de disparar a transição G0→G1→S, FGF2 provoca um atraso na fase S seguido de um bloqueio do ciclo em G2. Embora bloqueie a progressão no ciclo (proliferação), FGF2 induz em Y1 D1G o crescimento celular em termos de massa e volume. Assim, nessas células FGF2 \"desconecta\" crescimento celular de proliferação. Esse desarranjo do ciclo celular provocado por FGF2 nas células Y1 D1G tem como resultado a instabilidade genotípica e morte celular; evidenciada pela perda da integridade de membrana plasmática e altas taxas de fragmentação de DNA observadas após o estímulo por esse fator. Esse efeito tóxico de FGF2 depende da atividade da proteína Src; porque a inibição química dessa proteína apresentou proteção total frente aos efeitos tóxicos de FGF2. Análises por espectrometria de massas mostraram que FGF2 induz aumento dos níveis de proteínas relacionadas à síntese protéica, e também de proteínas relacionadas ao estresse proteotóxico. Sabe-se que células malignas lidam com níveis basais altos de diferentes tipos de estresse; incluindo o estresse proteotóxico. Esse quadro mostra que o efeito tóxico disparado por FGF2 em Y1 D1G está relacionado a um acumulo de proteínas/célula, perda da homeostase de proteínas e estresse proteotóxico. Corrobora essas proposições o fato de que a inibição química de Src, que protege totalmente as células do efeito tóxico de FGF2, impede completamente o acúmulo de proteínas/célula. Além disso, em células Y1 D1G resistentes ao efeito tóxico de FGF2, e que inclusive dependem deste para proliferar em cultura, a atividade de FGF2 tem efeito oposto; ou seja, provoca diminuição dos níveis estacionários de proteínas/célula. Juntos, esses resultados demonstram que FGF2 é capaz de atacar uma vulnerabilidade de células malignas dependentes de Ras; e no caso estudado, essa vulnerabilidade decorre do desequilíbrio na homeostase de proteínas. === FGF2 is the first member of a large family of peptide growth factors. It binds and activates specific membrane receptors (FGFRs) belonging to a family of tyrosine kinase receptors (RTK). In adult organisms, FGF2 signaling is involved in the induction of cell surveillance, proliferation and differentiation; and also wound healing and angiogenesis. FGF2 is a bona fide growth factor and, as such, it is often implicated in pro-tumor mechanisms. However, several groups, including ours, have reported that FGF2 can also display antiproliferative and even cytotoxic effects selectively in malignant cells. In 2008, we fully reported that FGF2 irreversibly blocks the proliferation of Ras-driven mouse malignant lineages. Alterations leading to Ras proteins overactivity are present in many human cancers frequently with bad prognosis. In the present work, we used mainly the Ras-driven mouse malignant lineage Y1 D1G that shows a strict control of quiescence/proliferation by serum factors, making it a great model to analyze the FGF2 effects upon cell cycle control. Flow cytometry analyses showed that in these cells, in spite of triggering G0→G1→S transition, FGF2 causes a delay on S phase followed by cell cycle arrest in G2. Despite blocking cell division, FGF2 induces cell growth in terms of mass and volume. Therefore, in these cells FGF2 \"disconnects\" cell growth from proliferation. This malfunction of cell cycle control caused by FGF2 on Y1 D1G cells leads to genotypic instability and cell death, highlighted by loss of plasma membrane integrity and high rates of DNA fragmentation. This FGF2 toxic effect depends on the activity of Src protein, because Src chemical inhibition completely protects cells from the FGF2 toxic effects. Mass spec analyses showed that FGF2 increases the levels of proteins involved in the protein synthesis machinery, and also of proteins active in proteostasis, indicating proteotoxic stress. It is known that malignant cells deal with high basal levels of different stresses, including the proteotoxic stress. This picture shows that the toxic effects triggered by FGF2 in Y1 D1G involve accumulation of proteins/cell, loss of protein homeostasis and proteotoxic stress. Corroborating these propositions, chemical inhibition of Src, which completely protects the cells from FGF2 toxic effects, totally abrogates the accumulation of proteins/cell. Moreover, in FGF2-resistant Y1 D1G cells, which depend on this factor for proliferation, FGF2 shows the opposite effect, causing decrease in steady state levels of protein/cell. Altogether, these results show that FGF2 causes a severe proteostasis imbalance in these Ras-driven mouse malignant cells.