Overview of the biochemical and genetic processes in malignant mesothelioma.

Malignant mesothelioma (MM) is a highly aggressive form of cancer, has a long latency period, and is resistant to chemotherapy. It is extremely fatal, with a mean survival of less than one year. The development of MM is strongly correlated with exposure to asbestos and with other factors, such as erionite and simian virus 40 [corrected]. Although various countries have banned the use of asbestos, MM has proven to be difficult to control and there appears to be a trend toward an increase in its incidence in the years to come. In Brazil, MM has not been widely studied from a genetic or biochemical standpoint. In addition, there have been few epidemiological studies of the disease, and the profile of its incidence has yet to be well established in the Brazilian population. The objective of this study was to review the literature regarding the processes of malignant transformation, as well as the respective mechanisms of tumorigenesis, in MM.

Introduction

Malignant mesothelioma (MM) is a rapidly growing cancer that results from unregulated proliferation of the mesothelial cells lining the pleural, peritoneal, and pericardial cavities. MM is typically but not exclusively related to exposure to mineral fibers, particularly asbestos and erionite.( 1 ) The latency period of MM, i.e., the time elapsed from exposure to the offending agent (in particular, the aforementioned mineral fibers) to diagnosis is long; however, the time elapsed from the onset of malignancy to diagnosis is indeed short, MM producing symptoms shortly after its initial growth.(2)

Histologically, MM can be classified as epithelial, biphasic, or sarcomatoid, the mean survival time being 18 months, 11 months, and 8 months, respectively.( 3 ) Malignant pleural mesothelioma (MPM) is the most common type of MM, accounting for approximately 70% of cases.( 1 ) As is the case with most MMs, MPM is commonly diagnosed at advanced stages, the survival rates for MPM being lower than 12 months.( 4 ) Malignant peritoneal mesothelioma is less common than MPM and accounts for approximately 30% of all MMs, being extremely aggressive (mean survival rate, 6-12 months).( 5 , 6 )

In addition to the fact that MM is highly resistant to chemotherapy and radiation therapy, the benefits of surgical removal are few, and there is controversy regarding the efficacy of surgical removal alone; furthermore, not all patients can undergo surgical removal.( 7 ) Apparently, improvements in survival rates have been achieved with a combination of surgical removal, chemotherapy, and radiation therapy; however, controversy remains regarding the efficacy and benefits of this practice.( 6 , 8 , 10 ) It is known that cisplatin is the most active drug in the treatment of MM, the use of cisplatin in combination with pemetrexed having been approved by the US Food and Drug Administration as a standard treatment for MM.( 11 ) However, various in vitro and in vivo studies have used other drugs, some of which have shown promising results.( 12 )

The first study to demonstrate that there was a relationship between asbestos and the development of MPM was conducted in South Africa in the 1960s.( 13 ) Since then, several studies have shown strong evidence that asbestos, especially amphibole asbestos, is associated with the development of MM.( 2 , 7 ) However, it is widely debated whether chrysotile asbestos is a human carcinogen.

The biochemical mechanisms responsible for the genesis of MM as a result of asbestos exposure have yet to be fully understood. In broad terms, asbestos particles become trapped in lung tissue, generating a strong inflammatory response, with the participation of TNF-α and nuclear factor kappa B (NF-κB), which generate resistance to apoptosis and accumulation of DNA damage.( 14 ) The involvement of high mobility group protein B1, which is known to be an inflammatory marker, has recently been demonstrated. This protein increases the release of TNF-α and IL-1β, as well as increasing the activity of NF-κB.( 15 ) In addition to eliciting this inflammatory response, asbestos can generate reactive oxygen and nitrogen species, which lead to DNA structure damage and induce genotoxicity, thus favoring the development of MM.( 16 , 17 )

In the scientific literature, there is considerable debate regarding the role of chrysotile asbestos in the genesis of MM; there are reports that chrysotile asbestos cannot cause MM in humans. Although there is no doubt about the role of amphibole asbestos in the genesis of MM, there is still much debate regarding the role of chrysotile asbestos in MM, which is why chrysotile asbestos is still used in several countries, including Brazil. Here, we will not discuss this controversial issue, the nature of which is more political than scientific. However, the dangers of chrysotile asbestos cannot be ignored, which is why chrysotile asbestos and other types of asbestos are classified as human carcinogens, their use being considered unsafe regardless of the level of exposure.( 18 ) In addition to asbestos exposure, risk factors for the development of MM include erionite exposure, simian virus 40, and germline BAP1 mutations.( 2 , 19 , 21 )

In several countries, the incidence of MM has increased significantly in recent years. Data from the USA show that the mean incidence of MM is 2,586 cases per year, with a cumulative total of 23,277 MM cases between 1999 and 2007, the incidence of MM in males being four times higher than that in females.( 22 ) In Brazil, there have been very few epidemiological studies, all of which were based on reported cases and on data from Brazilian National Ministry of Health databases. This makes it difficult to provide a realistic picture of MM in the country.

Despite the aforementioned difficulties, one group of Brazilian researchers conducted a study( 23 ) in which the Brazilian National Mortality Database was used in order to estimate the incidence of MM in Brazil. Between 1980 and 1995, the authors of that study used the International Classification of Diseases, 9th revision (ICD-9), codes 163.0, 163.1, 163.8, and 163.9, and all cases of pleural neoplasm were considered to be cases of mesothelioma. Between 1996 and 2003, the authors used the International Classification of Diseases, 10th revision (ICD-10), codes C45.0, C45.1, C45.2, C45.7, C45.8, C45.9, and C38.4. That study showed that the mortality rate for MM was 0.56 per 1,000,000 population in 1980, having increased by 55% in 2003.( 23 ) In addition, the study showed that the male-to-female ratio of patients with MM was nearly 1:1,( 23 ) which is quite different from the 5:1 ratio found in a recent study conducted in the UK.( 24 ) However, given the methodological limitations of the aforementioned study,( 23 ) it is possible that its findings do not reflect the true incidence of MM in Brazil. The limitations of the aforementioned study( 23 ) include the low quality of the data from the Brazilian National Mortality Database, the underreporting of cases in some Brazilian states, the use of two different revisions of the ICD (i.e., ICD-9 and ICD-10), and the fact that, according to ICD-9, all pleural neoplasms are MMs. Therefore, the findings of that study are difficult to interpret, and the real incidence of MM in Brazil remains unknown. However, despite the aforementioned methodological difficulties,( 23 ) the information provided by that study is extremely useful for estimating the incidence of MM, as well as reinforcing the idea that the appropriate authorities should monitor the incidence of MM more closely in order to provide reliable data, as is done in the USA.( 22 ) In addition to the abovementioned epidemiological study,( 23 ) studies have been conducted in Brazil in an attempt to improve the diagnosis of MM( 25 , 26 ) and find prognostic markers of MM.( 27 )

Given its aggressiveness and increasing incidence worldwide, MM and its main etiologic agent (i.e., asbestos) have been the subject of international discussions aimed at banning the trade of asbestos worldwide. In Brazil, asbestos is regulated by Law no. 9,055; all forms of asbestos are prohibited, with the exception of chrysotile.( 28 ) There have been few studies investigating MM and the profile of individuals diagnosed with MM in Brazil,( 26 , 29 , 33 ) further studies being therefore required.

The primary objective of the present review was to provide an overview of how MM uses the cellular machinery in order to promote its growth, i.e., an overview of the genes and pathways that are activated or deactivated. This knowledge is important for the development of new drugs and therapies for this aggressive cancer. We did not seek to review the roles of asbestos and other environmental exposure factors in the development of MM. Our primary objective was to review the principal biochemical and genetic events occurring in MM and their consequences in the process of malignant transformation, in an attempt to strengthen the Portuguese-language scientific literature, which lacks a review of studies on this topic.

Genes and biochemical pathways involved in MM

An understanding of the cellular processes that favor or assist in the process of MM development is of utmost importance for the creation of therapies aimed at activating or deactivating certain biochemical pathways, the principal effect being tumor growth suppression. Research groups worldwide have been working on this, and there have been major advances, which have aided in the treatment of MM. Below, we briefly describe the genes that play a key role in the development of MM. For a more detailed analysis of the mechanics of the genes involved in MM, please refer to recently published review articles by our research group.( 21 , 34 )

It is known that each type of cancer uses a certain "group" of genes in order to grow; however, the group of genes used depends on cancer type and stage. Certain patterns of gene activation and deactivation occur in all types of cancer and are explored in the development of drugs and therapies. In the particular case of MM, the genes whose roles are well established are p16 INK4a, p14 ARF, NF2, and BAP1. Although the roles of the TP53 and PTEN genes are well established in various types of cancer, their roles in MM remain controversial. Figure 1 shows an overview of the roles of the aforementioned genes in MM.

Figure 1

Genes and proteins involved in the development of malignant mesothelioma. The p16INK4a protein activates the retinoblastoma protein (pRb) pathway, and the p14ARF protein modulates p53. The NF2 gene encodes the merlin protein, which acts as an upstream regulator of the Hippo pathway. The BAP1 gene encodes BRCA1 associated protein-1, which plays a role in DNA damage response and cell cycle control. The PTEN gene encodes the PTEN protein, which is an important negative regulator of the PI3K/Akt pathway. The p53 protein plays a key role in apoptosis control and cellular senescence.

p16INK4a and p14ARF

Located on chromosome 9p21, the p16 INK4a and p14 ARF genes are important tumor growth suppressors and encode two distinct proteins, namely p16INK4a and p14ARF. The p16INK4a protein is a cyclin-dependent kinase inhibitor and plays a role in the hyperphosphorylation of the retinoblastoma protein. This results in inactivation of the retinoblastoma protein and, consequently, failure of cell cycle arrest. In contrast, the p14ARF protein inhibits the degradation of p53 through its interaction with murine double minute 2 protein (MDM2).( 35 ) The loss of these vicinal genes has a major impact on cell cycle control, and it is therefore possible to infer the reason why these are the most frequently mutated genes in MM.

The literature shows that p16 INK4a and p14 ARF are deleted in 80-90% of cases of MM.( 36 , 37 ) Approximately 70% of all cases of epithelial MM and nearly 100% of all cases of biphasic or sarcomatoid MM show changes in p16 INK4a and p14 ARF.( 38 ) The literature shows that p16 INK4a and p14 ARF, as well as their respective proteins, play important roles in cell cycle control and that their inactivation is most frequently involved in the malignant transformation of MM.

NF2

Located on chromosome 22q12, the NF2 gene encodes a protein designated merlin, which has a sequence of 595 amino acids and plays an important role in the upstream regulation of the cascade of the Hippo pathway, which will be explained later. In the mid-1990s, inactivation of the NF2 gene was reported in approximately 40% of all cases of MM.( 39 ) Subsequent studies have demonstrated the importance of NF2 inactivation in MM.( 40 ) Although NF2 mutations have been found in 38% of cases of MPM, an absence of NF2 mutations has recently been reported in non-small cell lung cancer, this being a possible approach to the differential diagnosis of the two.( 41 ) Therefore, mutations/alterations in the NF2 gene are important to the development of MM and currently constitute the second most common alteration in MM.

BAP1

The BAP1 gene is a tumor suppressor gene that is located on chromosome 3p21.3 and encodes the protein BAP1, which plays an important role in the ubiquitin-proteasome pathway in histone deubiquitination, regulation of cell cycle progression, modulation of chromatin, gene transcription, and DNA repair.( 42 )

Germline BAP1 mutations have recently been detected in families with a high incidence of MM, characterizing a syndrome that predisposes to MM, uveal melanoma, and, possibly, other cancers.( 19 , 42 , 43 ) In addition to germline mutations, somatic mutations have been identified in approximately 20% of all cases of MM.( 44 , 45 ) Studies( 19 , 42 , 43 ) of the effects of germline mutations on cancer development have provided a major breakthrough, given that cancer is often associated with the effects of somatic mutations related or unrelated to external factors, including exposure to asbestos, radiation, and cigarette smoke. Therefore, it is of paramount importance to gain a better understanding of the genes involved in the development of MM, as well as of the mechanisms by which germline mutations contribute to the development of MM, because individuals with such genetic susceptibilities should avoid exposure to risk factors. To that end, there is a need for techniques that can detect such mutations in the population in an inexpensive and reproducible manner, given that such screening is currently performed on a small scale and in scientific studies. In individuals suspected of having BAP1 cancer syndrome, early diagnosis is essential to prevent the onset of diseases associated with BAP1 mutations. Therefore, a multidisciplinary approach involving family physicians, pathologists, and geneticists is required in order to diagnose, monitor, advise, and treat individuals and families with this syndrome. There is a need for knowledge and training of health professionals (especially physicians) regarding the clinical signs of BAP1 cancer syndrome, which can result in catastrophic harm to patients if it is not diagnosed early.( 42 )

TP53

Known as a DNA guardian, the p53 protein is encoded by the TP53 gene. The p53 protein plays a role in various cellular functions that are critical for well-orchestrated cell control. In addition, TP53 mutations are found in approximately 50% of all cancer cases, and, in most other cases, TP53 is inactivated by mutations in other genes, by viral proteins, or both.( 46 , 47 )

From a mechanistic standpoint, several research groups have focused on gaining a better understanding of the various mechanisms of p53 cell function control. The first clues as to the role of p53 in mediating apoptosis were provided by a study published in the 1990s.( 48 ) A new mechanism of action of p53 has recently been identified and is believed to be one of the main mechanisms used to fight the process of malignant transformation, i.e., induced cellular senescence.( 49 ) However, the role of the p53 protein in MM has yet to be well defined; intriguingly, in most cases, MM does not neutralize p53 activity in a direct manner, i.e., through TP53 mutations. Studies have shown that the TP53 gene is present in its natural state, i.e., without mutations.( 50 , 51 ) However, the absence of mutations in a given gene does not necessarily imply that the gene is functioning normally, given that there are various gene regulation mechanisms that can cause gene inactivation, including DNA methylation (epigenetic regulation) and RNA interference (post-transcriptional regulation).( 52 )

It can be speculated that other gene mutations (such as the aforementioned mutations) can lead to malignant transformation in MM, resulting in reduced selective pressure for TP53 inactivation. In addition, it is plausible to assume that the malignant transformation of MM occurs through pathways that are independent of p53 activity. The mechanisms leading to the maintenance of wild-type TP53 in MM have yet to be fully understood. Mutations/alterations in the TP53 gene do not seem to be critical to the development and progression of MM.( 53 , 54 )

PTEN

Discovered in 1997 by two independent research groups,( 55 , 56 ) the PTEN gene is a common deletion on chromosome 10. Monoallelic mutations are common in various types of cancer; however, homozygous PTEN mutations are frequently found in advanced cancers, such as endometrial cancer and glioblastoma.( 57 ) Interestingly, PTEN is heavily regulated by various gene regulation processes, such as RNA interference, methylation, acetylation, oxidation, and ubiquitination. Therefore, analysis of gene status (i.e., mutation levels) is important but should not be used as the only predictor of gene activation and function. Analysis of protein expression levels is also required, given the potential association between protein expression and susceptibility to cancer development, as is the case with PTEN.( 52 , 58 )

The activity of PTEN results from the ability to antagonize the signaling pathway of the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) pathway through the dephosphorylation of phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate (PIP3) to phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2). It is known that PIP3 is a second messenger responsible for the activation of Akt (i.e., PKB), which in turn sends signals necessary for cell growth, survival, and proliferation. In fact, various types of cancer display overexpression in this biochemical pathway. This results in uncontrolled cell growth. Loss of PTEN activity results in accumulation of PIP3 and, consequently, overactivation of Akt, PTEN being therefore commonly used in malignant processes.( 59 ) In addition to having cytoplasmic activities, PTEN has nuclear activities that are important for cell cycle control and genomic stability.( 59 , 60 )

Interestingly, PTEN can regulate p53 levels independently of its activity as a phosphatase by maintaining p53 acetylation (Figure 2).( 61 ) In addition, PTEN inhibits MDM2 phosphorylation, which is required for nuclear migration and, consequently, p53 degradation. Therefore, PTEN can protect p53 from the degradation of MDM2.( 62 , 63 )

Figure 2

The PTEN protein protects p53 from degradation by inhibiting the migration of murine double minute 2 protein (MDM2) to the nucleus. There is a cross-talk mechanism between PTEN and p53. The association between complete loss of PTEN and a wild-type TP53 results in a senescence mechanism designated PTEN loss-induced cellular senescence (PICS), which is an important mechanism against malignant growth. The loss of PTEN in a cellular context with a mutant TP53 results in prostate cancer that is more aggressive and leukemia, both mechanisms having been demonstrated in animals.

A new mechanism has recently been identified in prostate cancer, a mechanism in which complete loss of PTEN in combination with wild-type TP53 surprisingly induced a strong cellular senescence response, which resulted in the inhibition of malignant cell growth. However, the combination of complete loss of PTEN and wild-type TP53 was associated with a more severe form of prostate cancer. Therefore, it is plausible to speculate the reason why complete (homozygous) loss of PTEN is restricted to advanced cancers.( 52 )

The role of PTEN in MM remains controversial, given that the PI3K/Akt pathway is known to be overexpressed; however, whether this overexpression is due to the absence of PTEN or to PTEN inactivation and the role of PTEN in the development of MM are still a matter of debate.( 64 - 67 )

DNA methylation and microRNA

Recent studies have shown that DNA methylation and microRNA expression play an important role in cancer development and should be explored in the diagnosis and treatment of cancer. In MM, epigenetic analysis of the methylation profile of several genes allowed the distinction between normal and malignant tissues, a fact that is of great importance because of the difficulty in distinguishing normal and malignant tissues( 68 ) and because epigenetic analysis of the methylation profile can be a powerful tool in the diagnosis of MM.( 69 )

MicroRNA studies have shown interesting results. MicroRNAs can regulate and modulate gene expression, microRNA expression being severely altered in cancer.( 70 ) MicroRNA expression in normal tissue has been shown to be different from microRNA expression in malignant tissue, and specific microRNA expression profiles have been found in each histological type of MM.( 71 ) Studies have proposed the use of microRNA as a diagnostic tool,( 71 ) a prognostic marker,( 72 ) and a treatment option for MM.( 73 ) Therefore, the future looks promising for these two parameters and their potential benefits in the diagnosis and treatment of MM.

Biochemical pathways involved in the development of MM

Below, we briefly describe the biochemical pathways most commonly used in the malignant transformation of MM. These pathways are summarized in Figure 3. For a more detailed analysis of the mechanics of the pathways involved in MM, please refer to recently published review articles by our research group.( 21 , 34 )

Figure 3

Biochemical pathways most commonly altered in malignant mesothelioma. In a, receptor tyrosine kinases are frequently activated in malignant mesothelioma, thus increasing the Ras and PI3K pathways. The Ras pathway activates the Raf pathway, which phosphorylates mitogen-activated protein kinase kinase (MEK). In turn, MEK phosphorylates mitogen-activated protein kinase (MAPK), which migrates to the nucleus, thus regulating gene expression. In b, the Wnt pathway controls various cellular processes. In the presence of a Wnt ligand, a complex involving disheveled homolog (Dvl), Axin, frizzled (Fz), and low-density lipoprotein receptor-related proteins (LRP5/6), it leads to inhibition of ß-catenin phosphorylation and degradation. Consequently, ß-catenin migrates to the nucleus, where it interacts with the Tcf/Lef complex, thus leading to the activation of Wnt-responsive genes. In c, the merlin protein is encoded by the NF2 gene and inhibits the PI3K pathway and mTOR, acting as an upstream regulator of the Hippo pathway. A biochemical cascade is initiated by a stimulus, macrophage stimulating 1/2 (MST1/2) phosphorylating salvador homolog 1 (SAV1), large tumor suppressor 1/2 (LATS1/2), and Mps one binder kinase 1 (MOB1). The MST1/2 and SAV1 complex phosphorylates LATS1/2; the LATS1/2 and MOB1 complex interacts directly and phosphorylates YAP/TAZ. Phosphorylated YAP/TAZ leads to protein degradation, whereas dephosphorylated YAP/TAZ enters the nucleus and binds to TEAD1-4 transcription factors in order to regulate genes involved in cell proliferation and death. In d, the PI3K/Akt/mTOR pathway is activated by the conversion of phosphatidylinositol-3,4,5- trisphosphate (PIP3) to phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2), PTEN acting as an antagonist of this activation. PIP3, pyruvate dehydrogenase kinase, isozyme 1 (PDK1), and mammalian target of rapamycin (mTOR) phosphorylate protein kinase B (Akt). Activated Akt participates in processes that are central to cell proliferation, survival, and motility.

Receptor tyrosine kinases

Receptor tyrosine kinases constitute a large family of receptors that regulate the cell cycle and are often activated in MM.( 74 ) Among receptor tyrosine kinases, EGFR was detected in 44% of all cases of MPM.( 75 ) In addition, VEGF is expressed in MM and is associated with decreased patient survival.( 76 ) In addition, insulin-like growth factor and its receptor are also active in MM.( 77 )

Activation of these receptors results in the activation of biochemical cascades that lead to the transduction of abnormal cell growth signals, principally through the Ras/MAPK pathway( 78 , 79 ) and the PI3K/Akt pathway( 80 ) in MM.

PI3K/Akt/mTOR

The PI3K pathway regulates various processes that are vital to cells, including survival, metabolism, and proliferation. A major product of the PI3K pathway, PIP3 acts as a second messenger essential for the translocation of Akt to the plasma membrane, where Akt is phosphorylated. Phosphorylated Akt is responsible for sending biochemical signals responsible for cell proliferation and resistance to apoptosis.( 64 ) The PIK3CA gene encodes the catalytic unit p110α, which is known for its ability to activate the PI3K pathway by converting PIP2 to PIP3.( 81 ) It is known that Akt is phosphorylated by mammalian target of rapamycin (mTOR), and the mTOR complex plays an important role in energy balance and growth, being therefore a therapeutic target of interest in patients with MM.( 82 )

In MM, the PI3K/Akt/mTOR pathway is overexpressed,( 64 , 80 , 83 ) inhibition of the activity of certain pathway components, such as PI3K and mTOR, being therefore an excellent therapeutic pathway.( 84 ) However, the applicability of such drugs in clinical practice has proved frustrating.( 85 )

Recently, in an elegant study,( 86 ) it was demonstrated that activation of colony-stimulating factor 1 receptor (CSF1R) can generate clonogenicity and resistance in untransformed mesothelial cells. It was also demonstrated that, in primary MPM cultures and MPM cell lines, there are subpopulations of cells expressing CSF1R, which is responsible for resistance to pemetrexed via Akt and β-catenin signaling. Another interesting finding of that study was that the abovementioned subset of cells accounts for less than 10% of the total number of cells in culture, this small proportion being responsible for resistance to pemetrexed in cell lines and primary cultures; therefore, CSF1R plays an important role in the survival of cells that do not express it.( 86 ) Given that CSF1R greatly influences cell survival and that CSF1R expression is higher in MM than in normal tissue, pharmacological inhibition of CSF1R in humans is an attractive and promising strategy to overcome the high resistance to chemotherapy observed in MM patients and expand the limited therapeutic armamentarium currently available to combat MM.( 86 )

Ras/MAPK

The Ras/MAPK pathway consists of several components, such as surface receptors and transcription factors, which regulate gene expression. The Ras/MAPK pathway is one of the most frequently deregulated pathways in human cancer and controls vital cellular processes, such as proliferation, growth, and senescence, as well as regulating apoptosis through its interaction with various members of the B-cell lymphoma (Bcl) family of proteins.( 87 ) The major components of the Ras/MAPK pathway are Ras, Raf, MEK, and MAPK, which are susceptible to mutations/alterations and therefore favor the process of malignant transformation. Given the importance of the Ras/MAPK pathway, several drugs have been developed, some of which are under clinical trial.( 88 )

Studies have shown higher expression of MAPK in MM than in normal lung tissue,( 89 ) as well as prolonged MAPK activation after exposure to asbestos.( 78 ) This shows that the Ras/MAPK pathway plays a role in MM growth and that its inhibition can yield interesting results in the treatment of MM.

The Bcl family of proteins and apoptosis

Responsible for the control of apoptosis, the Bcl family of proteins is divided into two major classes, namely pro-apoptotic proteins and anti-apoptotic proteins.( 90 ) Like other types of cancer, MM is resistant to apoptosis, and this hinders the destruction of malignant cells by traditional chemotherapy.( 91 ) Various anti-apoptotic members of the Bcl family of proteins are expressed by MM,( 92 ) and this reduces the efficacy of traditional chemotherapy. Bcl family inhibitors have been developed and have shown interesting results; however, the clinical application of such drugs remains unknown.( 93 )

Hippo

The Hippo pathway controls cell proliferation, growth, and death via a complex cascade of biochemical events that result in gene regulation. (94) In MM cells, the Hippo pathway was identified

by the loss of LATS2 and YAP expression, as well as by inactivation of an upstream regulator of the pathway, such as merlin, which is encoded by the NF2 gene.(95) The Hippo pathway is used in the malignant transformation of MM. Further studies are needed in order to understand the mechanisms by which MM uses the Hippo pathway for its benefit.

Wnt

The Wnt pathway regulates important cellular processes, such as cell proliferation, polarity, and death during embryonic development and in the process of tumor progression.(96) In broad terms, activation of the Wnt pathway can be canonical (i.e., a change in the transcription process) or non-canonical (i.e., activation of non-transcriptional processes).

β-catenin is the principal Wnt pathway transcriptional effector, acting in the nucleus and forming a molecular complex that leads to the activation of specific genes.(97) The Wnt pathway has been shown to be altered in MM(98,99) and has been implicated in decreased patient survival.(100)

Relevance of altered signaling processes in cancer

An understanding of the complex and enigmatic biochemical and molecular processes that occur during malignant transformation is of paramount importance for the development of new drugs and therapies. The search for an understanding of how malignant cells can subvert the cellular machinery and all cell cycle control systems has been exhaustive, resulting in new drugs and therapies that increase the chances of survival of patients with MM.

Individualization: the future of cancer treatment

A deep understanding of how cancer uses the cellular machinery to drive its growth is of paramount importance; each type of cancer uses distinct genes and pathways, thus generating "patterns" of activation and inactivation.( 101 ) These "patterns" can provide important clues for the development of cancer-specific drugs and therapies.

A deep understanding of the molecular processes occurring in a given patient is within the scope of personalized medicine, the objective of which is to treat each disease (e.g., cancer) individually (because of the large variability in physiological processes) in an attempt to improve treatment and prognosis. Although this approach is still in its infancy, it might be used in clinical practice in the future.( 102 )

In patients receiving certain drugs that are metabolized by specific enzymes, enzyme profile analysis is sometimes recommended. Genetic variations in these enzymes culminate in changes in the pharmacokinetic and pharmacodynamic profiles of drugs, resulting in increased adverse effects and treatment failure.( 103 )

Although a "one-size-fits-all" approach has been used in the treatment of cancer, an individualized approach is required. In order to choose the best drug or drugs for individual patients (i.e., specific drugs for cancer targets), it is essential to know the receptors and pathways expressed by a given cancer type. This individualized approach improves treatment and increases the chances of survival. Advances in knowledge and technology regarding the process of malignant transformation have resulted in the development of personalized medicine, which is based on the analysis of deregulated cellular processes in individual patients and the use of specific therapeutic tools, therefore increasing the chances of successful treatment.

Final thoughts and future directions

The primary motivation for the present study was the lack of studies reviewing the Portuguese-language literature on genetic and biochemical processes in MM. In fact, MM is not widely studied in Brazil; there are few research groups dedicated to the epidemiological study of MM in the country. In addition, there is a lack of reliable data on the profile, incidence, and prevalence of MM in the Brazilian population.

Our research group has been engaged in gaining a better understanding of the cell signaling processes that contribute to the tumorigenesis of MM. The primary objective of the present study was to provide an overview of the most common genetic and biochemical events in the malignant transformation of MM. As previously mentioned, we did not seek to provide an extensive review of the pathways involved in MM; our objective was to provide an overview of cell signaling processes in MM. We conclude that MM is a highly aggressive cancer and has a long latency period, with very low survival rates. Worldwide, great efforts have been made to gain a better understanding of the process of tumorigenesis in MM and propose and develop alternatives for the treatment of this aggressive cancer. It should be emphasized that it was outside the scope of the present study to analyze factors associated with MM, such as exposure to asbestos, erionite, and simian virus 40.

Mutations are common in MM, affecting genes such as p16 INK4a, p14 ARF, NF2, and BAP1, whose mutations are commonly somatic. In addition, germline BAP1 mutations have recently been identified, conferring susceptibility to the development of MM and other types of cancer. Although TP53 and PTEN are known to play major roles in other types of cancer, their roles in MM require further investigation. In addition to the aforementioned genes, the PI3K/Akt/mTOR, Ras/MAPK, Bcl, Hippo, and Wnt pathways and their components are the most altered pathways in MM. Several studies have focused on the modulation of these pathways for a safe and effective reduction in the malignant growth of MM, including in vitro studies, animal studies, and clinical trials.

It is clear that further studies are needed in order to improve the understanding and characterization of the genes and pathways involved in the tumorigenesis of MM, given that few studies in Brazil have addressed this issue. In addition, there is a need for epidemiological studies aimed at analyzing the incidence of MM in the Brazilian population and establishing a realistic and reliable profile of MM in the country.

Introdução

O mesotelioma maligno (MM) é um câncer de crescimento rápido que resulta da proliferação desregulada das células mesoteliais que revestem as cavidades pleurais, peritoneais e pericárdicas. O MM está tipicamente relacionado, mas não exclusivamente, com a exposição às fibras de minerais, em especial, de amianto e erionita.( 1 ) Seu período de latência, ou seja, o período entre a exposição ao agente agressor, em particular às fibras minerais citadas acima, até o diagnóstico é longo; entretanto, o tempo entre o crescimento inicial maligno até o diagnóstico é de fato rápido, produzindo sintomas em um curto intervalo de tempo.( 2 )

No que tange a sua divisão histológica, o MM é classificado em três categorias: epitelial, bifásica e sarcomatoide, as quais apresentam períodos de sobrevivência médios de 18, 11 e 8 meses, respectivamente.( 3 ) O mesotelioma pleural maligno (MPM) é o tipo mais comum de MM, correspondendo a aproximadamente 70% dos casos.( 1 ) Comumente diagnosticado em estágios avançados, como a grande maioria dos MMs, o MPM possui taxas de sobrevivências inferiores a 12 meses.( 4 ) Além do MPM, o mesotelioma peritoneal maligno é menos frequente e representa cerca de 30% de todos os MMs, sendo extremamente agressivo, com taxas de sobrevivência médias de 6 a 12 meses.( 5 , 6 )

O MM apresenta elevada resistência aos diversos protocolos de quimioterapia e radioterapia. A remoção cirúrgica apresenta poucos benefícios, sendo sua eficácia bastante controversa quando utilizada de forma única, além de não ser aplicável a todos os pacientes.( 7 ) Aparentemente, melhorias nas taxas de sobrevivência têm sido alcançadas com protocolos triplos, que envolvem a remoção cirúrgica associada a quimioterapia e radioterapia; contudo, ainda não há um consenso sobre a eficácia de tal prática, e seus benefícios, até o presente momento, são controversos.( 6 , 8 - 10 ) Sabe-se que a cisplatina é o fármaco mais ativo nesse câncer; logo, a associação desse fármaco com o pemetrexede foi aprovada pelo Food and Drug Administration para o tratamento padrão desse câncer.( 11 ) Contudo, diversos estudos têm utilizado vários fármacos, tanto in vitro como in vivo, que apresentam uma gama de diferentes respostas e resultados, sendo que alguns desses fármacos apresentam resultados promissores.( 12 )

O primeiro estudo que demonstrou a relação entre o amianto e o desenvolvimento de MPM ocorreu na África do Sul na década de 1960.( 13 ) Desde então, diversos estudos têm demonstrado fortes evidências de que o amianto, principalmente o tipo anfibólio, está de fato associado com o desenvolvimento de MM.( 2 , 7 ) Todavia, ainda há um grande debate mundial se o tipo crisotila seria carcinogênico em humanos.

No que tange aos mecanismos bioquímicos responsáveis pela gênese do MM devido à exposição ao amianto, esses ainda não são muito bem entendidos. Contudo, em linhas gerais, sabe-se que partículas de amianto são aprisionadas no tecido pulmonar, gerando assim uma forte resposta inflamatória, com a participação de TNF-α e nuclear factor kappa B (NF-κB, fator nuclear kappa B), que geram resistência a apoptose e acúmulo de dano ao DNA.( 14 ) Mais recentemente, o envolvimento da high-mobility group box 1 protein (proteína de grupo de alta mobilidade B1), a qual é conhecida por ser um marcador inflamatório, foi demonstrado. Essa proteína aumenta a liberação de TNF-α e IL-1β, além de aumentar a atividade do NF-κB.( 15 ) Além dessa resposta inflamatória, o amianto é capaz de gerar espécies reativas de oxigênio e de nitrogênio, as quais levam a danos na estrutura do DNA, induzido assim a genotoxicidade e favorecendo o desenvolvimento do mesmo.( 16 , 17 )

Na literatura científica há um grande debate sobre a participação do amianto do tipo crisotila na gênese do MM, pois há relatos de que o amianto crisotila não é capaz de causar MM em humanos. Deve ser enfatizado que não restam dúvidas sobre o potencial do amianto do tipo anfibólio na gênese do MM; contudo, há ainda um grande debate sobre essa capacidade do amianto crisotila, argumento esse ainda utilizado por vários países, incluindo o Brasil, para a justificativa do uso desse tipo de amianto. No presente estudo, não iremos discutir essa questão tão controversa, a qual possui um cunho mais político do que científico, mas não podemos ignorar o perigo que as partículas de amianto crisotila apresentam, fato esse que levou a classificação do amianto crisotila e dos demais tipos de amianto como carcinogênicos em humanos, sem quantidades definidas como seguras para seu uso.( 18 ) Além do amianto, estudos recentes têm demonstrado outros fatores associados ao desenvolvimento do MM, tais como a exposição ao mineral erionita, o vírus símio 40 e a mutação germinativa no gene BAP1.( 2 , 19 - 21 )

A incidência de MM tem crescido significativamente nos últimos anos em diversos países. Dados dos EUA demonstram que a incidência do MM está em média de 2.586 casos por ano, com um total acumulado de 23.277 casos de MM entre 1999 e 2007, sendo que a incidência na população masculina é quatro vezes superior à feminina.( 22 ) No Brasil, há pouquíssimos estudos epidemiológicos, os quais se baseiam em notificações e nos bancos de dados do Ministério da Saúde, o que torna difícil o conhecimento de um quadro realístico da situação do MM em nosso país.

Mesmo com essas dificuldades, um estudo conduzido por um grupo brasileiro( 23 ) utilizou o Sistema de Informação sobre Mortalidade para estimar a incidência do MM no Brasil. Durante o período entre 1980 e 1995, foi utilizada a Classificação Internacional de Doenças, 9ª revisão (CID-9) e os códigos 163.0, 163.1, 163.8 e 163.9, além de considerar todos os casos de neoplasia pleural como mesotelioma. Entre os anos de 1996 e 2003, foi utilizada a 10ª revisão (CID-10) e os códigos C45.0, C45.1, C45.2, C45.7, C45.8, C45.9 e C38.4. Aquele estudo demonstrou que, em 1980, a taxa de mortalidade por MM era de 0,56 por milhão de habitantes, crescendo 55% em 2003.( 23 ) Além disso, foi demonstrado que a taxa de MM em homens e mulheres fora praticamente de 1:1,( 23 ) dados bem distintos de um recente estudo britânico, que encontrou uma proporção de 5:1 em homens e mulheres, respectivamente.(24) Entretanto, aquele estudo( 23 ) apresenta algumas limitações metodológicas, e, portanto, suas conclusões podem não representar a verdadeira incidência do MM no Brasil. Entre as limitações daquele estudo( 23 ) estão a baixa qualidade dos dados do Sistema de Informação sobre Mortalidade, a baixa notificação em alguns estados brasileiros, a utilização de duas classificações CID e a classificação de todas as neoplasias pleurais como MM na CID-9. Logo, tendo em vista essas limitações, as conclusões daquele estudo são de difícil interpretação, abrindo-se então questionamentos sobre a real incidência do MM no Brasil. No entanto, mesmo com tais dificuldades metodológicas,( 23 ) suas informações são de grande valia para uma estimativa da incidência do MM, além de reforçar a concepção que, de fato, é necessário um melhor monitoramento da incidência do MM pelas autoridades competentes para a disponibilização de um banco de dados fidedignos sobre a incidência do MM no Brasil, o que já realidade nos EUA.( 22 ) Além daquele estudo de cunho epidemiológico,( 23 ) outros esforços científicos brasileiros foram realizados na busca por melhorias no diagnóstico( 25 , 26 ) e por marcadores de prognóstico do MM.( 27 )

Diante da sua agressividade e da crescente incidência do MM a nível mundial, esse câncer e seu principal agente etiológico, o amianto, têm sido fruto de discussões internacionais, as quais tentam banir o comércio desse mineral em todo o mundo. Entretanto, o amianto no Brasil é regulamentado pela Lei nº 9.055, sendo todas as formas de amianto proibidas, com a exceção da crisotila.( 28 ) Logo, pouco é pesquisado sobre esse câncer e, como consequência, conforme dito anteriormente, há poucos estudos sobre o MM e o perfil das pessoas diagnosticadas com esse câncer no Brasil,( 26 , 29 - 33 ) e, portanto, estudos mais detalhados são necessários.

Diante desse cenário, a presente revisão teve como objetivo principal fornecer um panorama de como o MM utiliza o maquinário celular para promover seu crescimento, ou seja, quais genes e vias são ativados ou desativados, visto a importância desse conhecimento para o desenvolvimento de novas terapias e fármacos para o combate desse câncer tão agressivo. Deve-se ressaltar que não objetivamos revisar os papeis do amianto e de outros fatores de exposição ambientais no desenvolvimento do MM. Portanto, nós como autores do presente artigo, tivemos como objetivo principal revisar os principais eventos bioquímicos e genéticos que ocorrem no MM e suas respectivas consequências no processo de transformação para malignidade, na tentativa de fortalecer a literatura científica brasileira, que carece de uma revisão da literatura escrita em nossa língua pátria sobre esse tema.

Genes e vias bioquímicas envolvidas no MM

O conhecimento dos processos celulares que favorecem ou auxiliam no processo de desenvolvimento do câncer é de extrema importância para a criação de possíveis terapias que visem ativar ou desativar determinadas vias bioquímicas, tendo como efeito principal a supressão do crescimento tumoral. Grupos de pesquisa espalhados pelo mundo estão trabalhando nesse ramo, e, mesmo com poucos grupos envolvidos, grandes avanços ocorreram, auxiliando o tratamento desse câncer tão agressivo. Diante disso, nas próximas linhas, descreveremos de forma sucinta os principais genes que participam de forma chave no desenvolvimento do MM. Todavia, esse não foi o foco do presente estudo. Portanto, para os leitores que desejem uma leitura mais profunda sobre a mecânica dos genes envolvidos no MM. Portanto, para os leitores que desejem uma leitura mais profunda sobre a mecânica dos genes envolvidos no MM, recomendamos a leitura de artigos de revisão publicados recentemente pelo nosso grupo.( 21 , 34 )

Sabe-se que cada câncer utiliza um determinado ''grupo'' de genes para o seu crescimento; contudo, esse ''grupo'' varia com o tipo e o estágio do câncer. Determinados padrões de ativação e/ou desativação dos genes ocorrem em todos os tipos de câncer, os quais são explorados no desenvolvimento de fármacos e terapias. No caso particular do MM, os genes que possuem seus papeis bem estabelecidos são os seguintes: p16 INK4a, p14 ARF, NF2 e BAP1. Entretanto, apesar dos papeis bem estabelecidos dos genes TP53 e PTEN em diversos outros tipos de câncer, o papel desses ainda é controverso no MM. A Figura 1 mostra um resumo da função desses genes.

Figura 1

Envolvimento dos genes e suas respectivas proteínas no desenvolvimento do mesotelioma maligno. As proteínas p16INK4a e p14ARF atuam na ativação da via da proteína do retinoblastoma (pRb) e modulação da p53, respectivamente. O NF2 codifica a proteína merlin, a qual atua com um regulador upstream da via bioquímica Hippo. BAP1 codifica a proteína BRCA1 associated protein-1 (BAP1 proteína-1 associada a BRCA), que é responsável na resposta frente a danos ao DNA e também no ciclo celular. PTEN codifica a proteína phosphatase and tensin homolog (PTEN, homólogo de tensina e fosfatase), a qual é uma importante reguladora negativa da via PI3K/Akt. A p53 atua de forma chave no controle da apoptose e senescência celular.

Genes p16INK4a e p14ARF

Localizados no cromossomo 9p21, os genes p16 INK4a e p14 ARF são conhecidos por serem importantes supressores de crescimento tumoral e codificam duas proteínas distintas, denominadas de p16INK4a e p14ARF. A p16INK4a é uma inibidora da quinase dependente de ciclina, a qual atua na hiperfosforilação da proteína do retinoblastoma, resultando na inativação da mesma e consequente falha na parada do ciclo celular. Ao contrário, a p14ARF inibe a degradação da proteína p53 através da interação com a proteína mouse double minute 2 (MDM2, murino duplo minuto 2).( 35 ) Diante disso, a perda desses genes vicinais gera grandes consequências no controle do ciclo celular, e, por isso, é possível inferir o motivo pelo qual esses genes são os que mais comumente apresentam mutações no MM.

De fato, a literatura demonstra que o p16 INK4a e o p14 ARF estão deletados em 80-90% dos casos de MM.( 36 , 37 ) Do ponto de visto histológico, o MM do tipo epitelial apresenta aproximadamente 70% de alteração nesses genes, enquanto os demais (bifásico e sarcomatoide) apresentam taxas próximas a 100%.( 38 ) A literatura demonstra que ambos os genes, p16 INK4a e p14 ARF, e suas respectivas proteínas desempenham papeis importantes no controle do ciclo celular e que suas respectivas inativações são as mais frequentemente implicadas durante o processo de transformação maligna do MM.

Gene NF2

Presente no cromossomo 22q12, o gene NF2 codifica uma proteína com uma sequência de 595 aminoácidos, denominada merlin, a qual atua de forma importante na regulação upstream da cascata da via bioquímica Hippo, a qual será explicada posteriormente. Em meados da década de 1990 foi inicialmente relatada a inativação desse gene em cerca de 40% dos MM.( 39 ) De fato, estudos posteriores demonstraram a importância da inativação desse gene no MM.( 40 ) De forma interessante, recentemente foi relatada a ausência de mutações no NF2 no câncer de pulmão de não pequenas células, enquanto foram encontradas mutações em 38% dos casos de MPM, demonstrando assim uma possível abordagem de distinção e diagnóstico entre ambos os tipos de câncer.( 41 ) Diante disso, mutações e/ou alterações no NF2 são de importante valor para o desenvolvimento do MM, sendo considerada, até o presente momento, a segunda alteração mais frequente nesse câncer.

Gene BAP1

O gene BAP1 é um supressor de tumor localizado no cromossomo 3p21.3 e codifica a proteína BRCA1 associated protein-1 (BAP1 proteína-1 associada a BRCA), a qual possui um importante papel na via ubiquitina-proteassoma na desubiquitinação das histonas, na regulação da progressão do ciclo celular, na modulação da cromatina, na transcrição gênica e no reparo de DNA.( 42 )

Recentemente, mutações germinativas no BAP1 foram detectadas em famílias com elevados índices de incidência de MM, caracterizando assim uma síndrome que predispõe ao desenvolvimento de MM, melanoma da úvea e possivelmente outros tipos de câncer.( 19 , 42 , 43 ) Além dessas mutações germinativas, mutações somáticas também foram identificadas em aproximadamente 20% dos MM.(44,45) Estudos( 19 , 42 , 43 ) sobre o efeito da mutação germinativa no desenvolvimento do câncer trouxeram um grande avanço, pois frequentemente o câncer é associado ao efeito da mutação somática relacionada ou não a fatores externos, tais como amianto, cigarro e radiação, entre outros. Diante disso, é de suma importância melhor compreender quais genes e por quais mecanismos as mutações germinativas atuam no desenvolvimento do MM, pois pessoas que possuem tais suscetibilidades genéticas devem evitar ao máximo a exposição aos fatores condicionantes desse câncer. Para tanto, são necessárias técnicas capazes de detectar essas mutações na população de forma acessível e reprodutível, pois até o momento tal monitoramento é realizado em pequena escala e em estudos científicos. O diagnóstico precoce em indivíduos suspeitos com síndrome BAP1 é fundamental para prevenir o surgimento de doenças associadas com as mutações desse gene. Dessa forma, torna-se necessária uma abordagem multidisciplinar que envolva médicos de família, patologistas e geneticistas, a fim de detectar, acompanhar, aconselhar e tratar indivíduos e famílias acometidos por essa síndrome. São necessários o conhecimento e o treinamento dos profissionais de saúde, em especial os médicos, em relação aos sinais clínicos dessa síndrome, a qual, se não diagnosticada precocemente, pode trazer danos catastróficos ao paciente.( 42 )

Gene TP53

Conhecida como a guardiã do DNA, a proteína p53 é codificada pelo gene TP53. A p53 atua em diversas funções celulares de suma importância para um controle celular orquestrado. Sabe-se também que o TP53 apresenta mutações em aproximadamente 50% em todos os tipos de câncer, e, na maioria dos demais casos, o TP53 está inativado devido a mutações em outros genes e/ou a proteínas virais.( 46 , 47 )

Do ponto de vista mecanístico, vários grupos de pesquisa têm focado em melhor compreender os diversos mecanismos de controle das funções celulares da p53. Na década de 1990, as primeiras pistas foram descobertas sobre a ação da p53 na mediação da apoptose.( 48 ) Recentemente, um novo mecanismo de ação da p53 foi identificado, e acredita-se ser este um dos principais mecanismos utilizados para o combate do processo de transformação maligna, a senescência celular induzida.(49) Todavia, o papel da p53 em MM ainda não está bem definido, devido ao fato intrigante de que o MM, na grande maioria dos casos, não neutraliza a ação dessa proteína de forma direta, ou seja, através de mutações do TP53. Diante disso, estudos demonstram que o TP53 está presente em seu estado natural, ou seja, sem mutações.( 50 , 51 ) Uma ressalva deve ser feita, pois o fato de um gene não apresentar mutação não necessariamente implica que o mesmo está funcionante, pois há diversos mecanismos de regulação gênica, como metilação de DNA (regulação epigenética) e RNA de interferência (regulação pós-transcricional), que podem conferir inativação gênica.( 52 )

Também é possível especular que mutações em outros genes, como as citadas acima, são capazes de levar a transformação maligna no MM, havendo assim reduzida pressão seletiva para a inativação do TP53. Até mesmo é plausível supor que o desenvolvimento maligno do MM acontece por vias independentes da ação da p53. Assim, ainda há muito a se investigar e compreender os mecanismos que levam a manutenção do estado selvagem do gene TP53 no MM. Portanto, até o presente momento, mutações e/ou alterações no TP53 não parecem ser fundamentais para o desenvolvimento e a progressão do MM.( 53 , 54 )

Gene PTEN

Inicialmente descoberto em 1997 por dois grupos independentes,( 55 , 56 ) o gene PTEN é conhecido por ter uma frequente deleção no cromossomo 10. Mutações monoalélicas são comuns em diversos tipos de câncer; entretanto, mutações homozigóticas do PTEN são frequentemente encontradas em cânceres avançados, tais como no câncer de endométrio e glioblastoma.( 57 ) De forma interessante, o PTEN é fortemente regulado por diversos processos de regulação gênica em vários níveis, tais como RNA de interferência, metilação, acetilação, oxidação e ubiquitinação. Portanto, é de vital importância ter em mente que a análise do status do gene, ou seja, seus níveis de mutação, é de fato importante, mas não deve ser utilizada exclusivamente como parâmetro de predição de ativação e função gênica. A análise dos níveis de expressão proteica também é necessária para conferir a suscetibilidade para o desenvolvimento do câncer, como é o caso intrigante do PTEN.( 52 , 58 )

A atividade da proteína phosphatase and tensin homolog (PTEN, homólogo de tensina e fosfatase) decorre da capacidade de antagonizar a via de sinalização da via do phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K, fosfatidilinositol-3-quinase) mediante a desfosforilação do phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate (PIP3, fosfatidilinositol trifosfato) a phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2, fosfatidilinositol bifosfato). Sabe-se que o PIP3 é um segundo mensageiro responsável pela ativação de Akt (ou PKB), a qual, por sua vez, envia sinais necessários para o crescimento, a sobrevivência e a proliferação celular. De fato, vários tipos de câncer apresentam superexpressão nessa via bioquímica, resultando assim em crescimento celular descontrolado. A perda da atividade da PTEN resulta em acumulação de PIP3 e consequente superativação da Akt, sendo então comumente utilizada em processos malignos.( 59 ) Além das atividades citoplasmáticas, a PTEN possui atividades nucleares importantes para o controle do ciclo celular e estabilidade genômica.( 59 , 60 )

De forma interessante, a PTEN é capaz de regular os níveis de p53 de forma independente de sua atividade como fosfatase, através da manutenção da acetilação da p53 (Figura 2).( 61 ) Ademais, a PTEN inibe a fosforilação do MDM2, a qual é necessária para a migração nuclear e a consequente degradação da p53. Logo, a PTEN é capaz de proteger a p53 da degradação do MDM2.( 62 , 63 )

Figura 2

A proteína phosphatase and tensin homolog (PTEN, homólogo de tensina e fosfatase) protege a p53 da degradação mediante a inibição da migração da proteína murino duplo minuto 2 (MDM2) para o núcleo. Existe um mecanismo cross-talk entre PTEN e p53. Quando ocorre a completa perda de PTEN associada a um TP53 selvagem resulta em um mecanismo de senescência denominado PTEN loss induced cellular senescence (PICS, senescência celular induzido por perda do PTEN), o qual é um importante mecanismo de oposição ao crescimento maligno. A perda de PTEN em um contexto celular com um TP53 mutante tem como consequência um câncer mais agressivo de próstata e leucemia, sendo ambos os mecanismos até o momento demonstrados em animais.

Recentemente, um novo mecanismo foi identificado em câncer de próstata, no qual a deleção completa de PTEN associada com TP53 sem mutação levou de forma surpreendente a uma forte senescência celular induzida, resultando na parada do crescimento celular maligno. Todavia, a deleção completa de PTEN associada com TP53 com mutação foi associada a uma forma mais grave de câncer de próstata. Diante disso, é plausível especular o motivo pelo qual a deleção completa (homozigótica) de PTEN é restrita aos cânceres avançados.( 52 )

Em MM, o papel desse gene ainda é controverso, pois de fato sabe-se que a via bioquímica da PI3K/Akt apresenta superexpressão; no entanto, ainda é amplamente debatido se essa superexpressão é decorrente da ausência ou da inativação do PTEN, bem como o seu papel no desenvolvimento do MM.( 64 - 67 )

Metilação de DNA e microRNA

Estudos recentes apontam os parâmetros de metilação de DNA e microRNA como fortes fatores que auxiliam no desenvolvimento do câncer e como ferramentas a serem exploradas no tratamento e diagnóstico do mesmo. Em MM, a análise epigenética do perfil de metilação de vários genes foi capaz de distinguir entre tecidos normais e malignos, fato que é de grande importância devido à dificuldade da distinção entre os mesmos,( 68 ) além de poder se tornar uma ferramenta formidável para o diagnóstico de MM.( 69 )

Estudos de microRNA têm demonstrado resultados interessantes. Os microRNAs são capazes de regular e modular a expressão gênica, sendo a expressão desses bastante alterada no câncer.( 70 ) De fato, foram demonstradas diferenças entre a expressão dos microRNAs entre tecidos normais e malignos, além de perfis de expressão específicos de microRNAs em cada tipo histológico de MM.( 71 ) Ademais, intensas pesquisas têm sido desenvolvidas, sendo proposto o uso desses em MM como ferramenta de diagnóstico,( 71 ) marcadores de prognóstico( 72 ) e um possível tratamento para o MM.( 73 ) Portanto, o futuro parece promissor para esses dois parâmetros e para seus benefícios em potencial no diagnóstico e tratamento do MM.

Vias bioquímicas envolvidas no desenvolvimento do MM

Descrevemos brevemente as vias bioquímicas mais utilizadas no MM durante o processo de transformação maligna, as quais estão resumidas na Figura 3. Conforme dito anteriormente, aos leitores que desejarem uma leitura mais profunda do ponto de vista mecanístico das vias envolvidas no MM recomendamos a leitura de artigos de revisão publicados recentemente pelo nosso grupo.( 21 , 34 )

Figura 3

Vias bioquímicas mais comumente alteradas no mesotelioma maligno. Em a, os receptores tirosina quinase são frequentemente ativados no mesotelioma maligno, gerando assim um aumento das vias bioquímicas Ras e PI3K. A via Ras ativa a Raf, a qual causa fosforilação de mitogen-activated protein kinase kinase (MEK, quinase de proteína quinase ativada por mitógeno) que, por sua vez, causa a fosforilação de mitogen-activated protein kinase (MAPK, proteína quinase ativada por mitógeno), que migra para o núcleo, regulando assim a expressão gênica. Em b, a via Wnt controla diversos processos celulares, sendo que, na presença de um ligante Wnt, um complexo que envolve as proteínas disheveled homolog (Dvl), Axin, frizzled (Fz) e low-density lipoprotein receptor-related (LRP5/6, receptor relacionado a lipoproteína de baixa densidade), leva a inibição da fosforilação da ß-catenina e de sua degradação. Dessa forma, a ß-catenina migra para o núcleo, onde interage com o complexo Tcf/Lef, levando assim a ativação de genes responsíveis. Em c, a proteína merlin é codificada pelo NF2 e inibe a via PI3K e mTOR, atuando como um regulador upstream da via Hippo. Através de um estímulo, uma cascata bioquímica é iniciada, onde macrophage stimulating 1/2 (MST1/2, estimuladora de macrófago 1/2) causa a fosforilação de salvador homolog 1 (SAV1, homólogo salvador), large tumor suppressor 1/2 (LATS1/2, supressor de tumor grande) e Mps one binder kinase 1 (MOB1, um ligante Mps quinase 1). O complexo MST1/2 e SAV1 causam a fosforilação de LATS1/2; já o complexo formado por LATS1/2 e MOB1 interage diretamente e causa a fosforilação de YAP/TAZ, sendo que esse último, quando fosforilado, leva a degradação proteica, enquanto em sua forma desfosforilada, entra no núcleo e se liga aos fatores de transcrição TEAD1-4 a fim de regular genes envolvidos na proliferação e morte celular. Em d, a via PI3K/Akt/mTOR é ativada mediante a conversão de phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate (PIP3, fosfatidilinositol trifosfato) em phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2, fosfatidilinositol bifosfato), sendo que PTEN atua como um antagonista dessa ativação. PIP3, pyruvate dehydrogenase kinase, isozyme 1 (PDK1, quinase piruvato desidrogenase, isoenzima 1) e mammalian target of rapamycin (mTOR, alvo da rapamicina em mamíferos) causam a fosforilação da proteína quinase B (Akt), a qual, então ativada, atua em processos-chave na proliferação, sobrevivência e motilidade celular.

Receptores tirosina quinase

Os receptores tirosina quinase compreendem uma grande família de receptores que regulam o ciclo celular e estão frequentemente ativados no MM.( 74 ) Dentre esses, o EGFR foi detectado em 44% dos MPMs.( 75 ) O VEGF também é expresso por esse câncer e está relacionado com uma redução na sobrevida do paciente.( 76 ) Além desses, o insulin-like growth factor (fator de crescimento semelhante à insulina) e seu respectivo receptor estão ativos nesse câncer.( 77 )

A ativação desses receptores tem como consequência a ativação de cascatas bioquímicas que levam à transdução de sinais anormais de crescimento celular, principalmente pelas vias das Ras/MAPK( 78 , 79 ) e PI3K/Akt( 80 ) em MM.

A via do PI3K regula diversos processos vitais para a célula, como a sobrevivência, o metabolismo e a proliferação, entre outros. O PIP3 é um dos principais produtos dessa via, o qual atua como um segundo mensageiro essencial para a translocação da Akt para a membrana, onde essa é fosforilada. A proteína Akt em sua forma fosforilada é responsável pelo envio de sinais bioquímicos responsáveis pela proliferação celular e resistência à apoptose.( 64 ) O gene PIK3CA codifica a unidade catalítica p110α, a qual também é conhecida por sua habilidade de ativar a via do PI3K mediante a conversão de PIP2 em PIP3.( 81 ) Sabe-se que a Akt é fosforilada pelo mammalian target of rapamycin (mTOR, alvo da rapamicina em mamíferos), sendo que o complexo mTOR possui um importante papel no balanço energético e no crescimento, tornando-se assim um alvo terapêutico de interesse no MM.( 82 )

No MM, essa via apresenta de fato superexpressão,( 64 , 80 , 83 ) tornando-se então uma ótima via terapêutica mediante a inibição da atividade de componentes dessa via, como PI3K e mTOR.( 84 ) Entretanto, a aplicabilidade desses fármacos na clínica médica tem se provado frustrante.( 85 )

Recentemente, em um elegante estudo,( 86 ) foi demonstrado que a ativação do colony-stimulating factor 1 receptor (CSF1R, fator receptor estimulador de colônia de macrófagos) é capaz de gerar clonogenicidade e resistência em células mesoteliais não transformadas. Ademais, foi demonstrado que em culturas primárias e em linhagens celulares de MPM existem subpopulações de células que expressam CSF1R, o qual é responsável pela resistência ao pemetrexede mediante a sinalização pela Akt e β-catenina. Outro achado interessante daquele estudo é que essa subpopulação de células representa menos do que 10% do número total de células em cultura, sendo essa pequena fração responsável pela resistência ao pemetrexede em linhagens celulares e culturas primárias, demonstrando assim um importante papel do CSF1R na sobrevivência de células que não expressam tal fator.( 86 ) Portanto, devido à grande influência do CSF1R na sobrevivência celular, é de fato atrativa e promissora a inibição farmacológica em humanos desse fator, visto que há uma maior expressão do CSF1R no MM em comparação ao tecido normal, a fim de vencer a grande resistência à quimioterapia observada no MM e aumentar assim o tão limitado arsenal terapêutico contra esse câncer.( 86 )

A via Ras/MAPK compreende diversos componentes, como receptores de superfície e fatores de transcrição, os quais regulam a expressão gênica. Essa via é uma das que apresentam mais frequentemente desregulação no câncer em linhas gerais e controla processos vitais da célula, como a proliferação, o crescimento e a senescência, além de regular a apoptose através da interação com várias proteínas da família B-cell lymphoma (Bcl, linfoma de células B).( 87 ) Os principais constituintes dessa via são Ras, Raf, MEK e MAPK, os quais estão suscetíveis a mutações e/ou alterações e consequentemente favorecem o processo de transformação maligna. De fato, devido à importância dessa via, vários fármacos foram e estão em desenvolvimento e alguns desses estão em fase de ensaio clínico.( 88 )

Estudos demonstram que há um aumento da expressão de MAPK no MM em comparação ao tecido pulmonar normal,( 89 ) além de ativação prolongada da MAPK após a exposição ao amianto,( 78 ) demonstrando assim que essa via é de interesse no crescimento do MM e que sua inibição pode trazer resultados interessantes no tratamento do MM.

Família de proteínas Bcl e apoptose

Responsáveis pelo controle da apoptose, a família de proteínas Bcl é dividida em duas classes principais: proapoptóticas e antiapoptóticas.( 90 ) O MM, assim como os demais tipos de câncer, apresenta resistência a apoptose, dificultando assim a destruição das células malignas pela quimioterapia tradicional.( 91 ) De fato, o MM expressa diversos membros antiapoptóticos,( 92 ) o que reduz a eficiência da quimioterapia tradicional. Fármacos inibidores dos membros da Bcl foram desenvolvidos e demonstraram resultados interessantes, mas sua aplicação clínica até o presente momento é ainda desconhecida.( 93 )

A via Hippo controla a proliferação, o crescimento e a morte celular através de uma complexa cascata de eventos bioquímicos que resulta em regulação gênica.( 94 ) No MM, essa via foi identificada mediante a perda da expressão do gene LATS2, além da expressão do oncogene YAP e de um regulador upstream dessa via, como merlin, que é codificada pelo gene NF2.( 95 ) Diante disso, essa via bioquímica é utilizada pelo processo de transformação maligna do MM. Todavia, mais estudos são necessários para se compreender por quais mecanismos o MM utiliza essa via para seu benefício.

A via Wnt regula processos celulares de importância, como a proliferação, a polaridade e a morte celular durante o desenvolvimento embrionário e no processo de progressão tumoral. ( 96 ) Em linhas gerais, a ativação dessa via ocorre por duas formas: alteração do processo de transcrição, denominada de ativação canônica, ou mediante ativação de processos não transcricionais, denominada de ativação não canônica.

Sabe-se também que a β-catenina é o principal agente transcricional dessa via, atuando no núcleo e formando um complexo molecular que leva a ativação de genes específicos.( 97 ) No MM, essa via foi demonstrada estar alterada,( 98 , 99 ) bem como foi implicada na diminuição da sobrevivência de pacientes.( 100 )

Relevância dos processos de sinalização alterados no câncer

Diante do que foi dito acima, podemos dizer com clareza que compreender o complexo e enigmático processo bioquímico e molecular que ocorre durante o processo de desenvolvimento maligno é de suma importância para o desenvolvimento de novos fármacos e terapias. A busca pelo conhecimento de como a célula maligna consegue subverter a maquinaria celular e todos os sistemas de controle do ciclo celular tem se tornado exaustiva; entretanto, através dessa, benefícios têm sido alcançados, os quais resultam em novas terapias e fármacos que aumentam as chances de sobrevivência de um paciente acometido pelo câncer.

Individualização: o futuro do tratamento do câncer

De fato, o conhecimento profundo de como o câncer utiliza a maquinaria celular para dirigir seu crescimento é de suma importância, pois cada câncer, como dito anteriormente, utiliza genes e vias distintas, gerando assim ''padrões'' de ativação e inativação.( 101 ) Esses ''padrões'' podem nos fornecer pistas importantes para o desenvolvimento de terapias e fármacos específicos para o câncer.

Conhecer com profundidade os processos moleculares que ocorrem em um determinado paciente é o ramo da medicina personalizada, a qual busca tratar cada doença, em nosso caso o câncer, de forma individual devido à grande variabilidade dos processos fisiológicos, trazendo assim uma possibilidade de melhora no tratamento e prognóstico. Todavia, tal abordagem ainda se encontra em seus primeiros passos, mas acreditamos que no futuro tal abordagem possa ser utilizada na clínica.( 102 )

Já é conhecida, e em alguns casos recomendada, a análise do perfil de determinadas enzimas em pacientes que recebem certos medicamentos que são metabolizados por enzimas específicas. Tais enzimas sofrem variações de diversos fatores genéticos, os quais culminam com alterações no perfil farmacocinético e farmacodinâmico dos fármacos, resultando assim em falha terapêutica e/ou aumento dos efeitos adversos.( 103 )

O mesmo se aplica ao câncer, pois o câncer tem sido tratado como uma doença de massa, enquanto, na verdade, deveria ser tratado de forma personalizada. Logo, conhecer os receptores e as vias que estão sendo expressos pelo o câncer em particular é fundamental durante a escolha de fármacos específicos para aquele cenário celular e, portanto, através da análise desses fatores, ou seja, quais vias e receptores estão sendo expressos ou não, podemos então propor a utilização de fármacos específicos para que atuem nos alvos utilizados pelo câncer. Dessa forma, tal abordagem traz um grande benefício durante o tratamento, além de aumentar as chances de sobrevivência do paciente. Portanto, com os grandes avanços tecnológicos e no conhecimento referente ao processo de transformação maligna, acreditamos cada dia mais que se aproxima o tempo de uma medicina personalizada, baseada e norteada nos processos celulares desregulados que ocorrem no paciente, propondo e utilizando assim, ferramentas terapêuticas específicas e obviamente aumentando as chances de combate do câncer.

Considerações finais e perspectivas

Tendo o que foi dito acima em mente, o objetivo motivador principal do presente estudo foi a carência de revisões da literatura referente aos processos genéticos e bioquímicos utilizados no MM publicados na língua portuguesa. De fato, esse câncer não é amplamente pesquisado no Brasil, havendo poucos grupos nesse país que se dedicam ao estudo epidemiológico do MM. Associado a isso, há poucas fontes de referência sobre a incidência e o perfil desse câncer na população brasileira, além da ausência de um número fidedigno quanto a incidência e prevalência de casos de MM no Brasil.

Como citado anteriormente, nosso grupo tem se empenhado em melhor compreender os processos de sinalização celular que contribuem para o processo de tumorigênese do MM. Contudo, a ausência de trabalhos escritos em português disponíveis para todos os brasileiros sobre esse tema nos incentivou a escrever o presente estudo, no qual tentamos trazer uma visão panorâmica dos eventos genéticos e bioquímicos mais comumente utilizados durante o processo de transformação maligna do MM. Entretanto, não foi nosso objetivo, como citado anteriormente, revisar profundamente essas vias, mas sim fornecer uma visão geral dos processos de sinalização celulares que ocorrem no MM. Diante disso, podemos concluir que o MM é um câncer extremamente agressivo, com elevado período de latência e com baixíssimas taxas de sobrevivência. No mundo inteiro, grande esforços têm sido executados a fim de melhor compreender o processo de tumorigênese do MM para propor e desenvolver alternativas no combate e tratamento desse câncer tão agressivo. Além disso, deve ser ressaltado que não foi do escopo do presente estudo analisar os fatores associados com o MM, tais como amianto, erionita e vírus símio 40.

Demonstramos que o MM apresenta vários genes que comumente apresentam-se com mutações, tais como p16 INK4a, p14 ARF, NF2 e BAP1, cujas mutações apresentam-se comumente de forma somática. Vimos também que mutações germinativas do BAP1 foram recentemente identificadas, conferindo suscetibilidade ao desenvolvimento de MM e a outros tipos de câncer. Por fim, vimos também que o TP53 e PTEN, apesar de serem genes de grande importância em outros tipos de câncer, carecem de estudos mais aprofundados quanto a seus respectivos papeis no MM. Além desses genes, as vias PI3K/Akt/mTOR, Ras/MAPK, Bcl, Hippo e Wnt e seus respectivos membros apresentam-se como as mais alteradas no MM, sendo que diversos esforços e estudos têm focado na modulação dessas vias para levar de forma segura e eficaz a uma redução no processo de crescimento maligno do MM, inicialmente a partir de estudos in vitro, seguido de estudos em animais e finalmente em ensaios clínicos.

É claro que mais estudos são necessários a fim de melhor conhecer e caracterizar as vias e genes atuantes no processo de tumorigênese do MM, os quais infelizmente não têm sido alvo dos esforços científicos brasileiros. Tais esforços são necessários, bem como são urgentes um maior número de estudos epidemiológicos que visem analisar o perfil da incidência do MM na população brasileira, traçando assim um perfil realista e fidedigno desse câncer em nosso país.