Modelo da influência de miRNAs nas vias de autofagia e apoptose em câncer de mama triplo negativo

Abstract

O câncer de mama é o câncer mais frequentemente diagnosticado e com a maior taxa de mortalidade em mulheres. O câncer de mama triplo negativo (TNBC) é um tipo altamente agressivo de câncer de mama que está associado a piores prognósticos. O começo de doenças desse tipo acontece em nível celular, quando células tumorais proliferam-se incontrolavelmente, destruindo tecidos do corpo e possivelmente espalhando-se para outras regiões. Erros no sistema de reparo das células podem induzir o desenvolvimento de células cancerosas. Caso o dano no DNA seja muito extenso, não sendo possível a progressão do ciclo celular, mecanismos de defesa impedem que células malignas se proliferem. Tais mecanismos incluem os processos considerados neste trabalho: apoptose e autofagia. A apoptose é um processo de morte celular programada que usualmente ocorre durante o desenvolvimento, envelhecimento e principalmente como mecanismo de defesa. Em contraste, a autofagia é um processo de autodigestão em que os componentes celulares são degradados de forma a fornecer energia para a célula. Um dos muitos reguladores de apoptose e autofagia são os MicroRNAs (miRNAs), que regulam ambos os processos através da alteração do nível de expressão de proteínas envolvidas nas respectivas vias de sinalização. O cross-talk entre autofagia e apoptose é a interação entre reguladores de ambos os processos. Neste trabalho, buscamos entender como as vias de apoptose e autofagia interagem em células de TNBC e qual a influência que diferentes miRNAs desempenham nesses processos. Com esse propósito, propomos a utilização do formalismo lógico e do formalismo baseado em equações diferenciais ordinárias (EDO) para estudar o comportamento dinâmico deste tipo de sistema. Assim, desenvolvemos um modelo que considera a influência de miRNAs nos processos de autofagia e apoptose em células de TNBC, utilizando aqueles que estão subexpressos/superexpressos em células de TNBC como inputs. Através das simulações do modelo, foram realizadas análise de estabilidade e perturbações de componentes da rede, verificando como o nocaute ou ativação fixa de determinado miRNA influencia nos processos apoptótico e autofágico. Analisamos que, em determinados casos, a combinação da atividade ectópica 1 do miR-100 com os nocautes do miR-144 e miR-200c parece ser a perturbação mais eficiente para induzir autofagia, enquanto que a superexpressão do miR-144 continua sendo o estímulo mais importante para induzir apoptose. Com esses resultados, foi possível analisar quais miRNAs com expressão alterada em TNBC são mais prováveis de serem alvos em potencial para abordagens terapêuticas em câncer de mama triplo negativo.

Abstract: Breast cancer is the cancer most frequently diagnosed and with the highest mortality rate in women. Triple negative breast cancer (TNBC) is a highly aggressive type of breast cancer that is associated with worse prognosis. The onset of this kind of disease occurs at the cellular level, when tumor cells proliferate uncontrollably, possibly spreading to other regions. During the cell cycle, the cells are constantly attacked by genotoxic agents, which can cause injuries that lead to modifications in DNA structure. Impairments in the cell repair system might induce the development of cancer cells. If the DNA damages are very extensive and the cell cycle cannot flow, the defense mechanisms restrict the malignant cells of spreading. Such mechanisms include the processes focused in this work: apoptosis and autophagy. Apoptosis is a programmed cell death process that usually occurs during development, aging and especially as a defense mechanism. On the other hand, autophagy is a process of self-digestion in which cellular components are degraded to provide energy for the cell. One of the many regulators of apoptosis and autophagy are MicroRNAs (miRNAs), which regulate both processes by changing the level of expression of proteins involved in the respective signaling pathways. The cross-talk of autophagy and apoptosis is the interaction between regulators of both processes. In this work, we seek to understand how apoptosis and autophagy pathways interact in TNBC cells and what influence different types of miRNAs play in such processes. For this purpose, we propose using logical and ordinary differential equation (ODE) based formalisms to study the dynamical behavior of this kind of system. Therefore, we developed a model of the miRNA influence on autophagy and apoptosis processes in TNBC cells, using those that are downregulated/upregulated in TNBC cells as inputs. Through our model simulations, stability and perturbation analysis of network components were performed, verifying how the knockout or fixed activation of a given miRNA influences the apoptotic and autophagic processes. We analyzed that in certain cases the combination of miR-100 ectopic activity with miR-144 and miR-200c knockouts seems to be the most efficient perturbation to induce autophagy, while miR-144 overexpression continues to be the most important stimulus to induce apoptosis. With these results, it was possible to analyze which miRNAs with altered expression in TNBC are more likely to be potential targets for therapeutic approaches in triple negative breast cancer.