Um estudo da Northwestern Medicine identificou uma proteína que impulsiona o câncer de mama e a metástase. As descobertas, habilitadas pelo aprendizado de máquina, foram publicadas na revista eLife .

Células iniciadoras de tumor com propriedades de células-tronco progenitoras (stemness) são consideradas essenciais para o desenvolvimento do câncer e regeneração metastática em muitos cânceres. No entanto, a elucidação da rede molecular subjacente tem sido um desafio, de acordo com o autor sênior do estudo Huiping Liu, MD, Ph.D., professor de Farmacologia e Medicina na Divisão de Hematologia e Oncologia.

Combinando aprendizado de máquina e investigação experimental, Liu e sua equipe demonstraram que a membrana da proteína CD81 interage com outro marcador celular iniciador de tumor previamente identificado, chamado CD44, na promoção da formação de aglomerados de células tumorais e metástase pulmonar de câncer de mama triplo negativo (TNBC).

"As descobertas ampliaram o conhecimento da rede reguladora molecular de células de câncer de mama e podem ser significativas para o direcionamento terapêutico", disse Liu.

O TNBC compreende 10% a 15% dos casos de câncer de mama recém-diagnosticados e é altamente metastático com baixa sobrevida a longo prazo. O TNBC metastiza para os órgãos viscerais, como pulmões, fígado e cérebro. Embora os mecanismos celulares que contribuem para a disseminação da célula tumoral permaneçam amplamente desconhecidos, as redes de proteínas oferecem uma pista, de acordo com Liu.

"Sabemos que as funções das proteínas e suas redes fazem parte da espinha dorsal que medeia diretamente os fenótipos e o desempenho celular", disse ela.

Em pesquisas anteriores, o laboratório de Liu descobriu que o marcador de células iniciadoras de tumor de mama CD44 medeia a formação de aglomerados de células tumorais circulantes (CTC) (duas ou mais células) e sua expressão enriquecida em tais aglomerados prevê uma sobrevida global desfavorável de pacientes com câncer de mama, especialmente TNBC. Os clusters CTC possuem eficiência até 100 vezes maior do que os CTCs únicos na semeadura de metástases.

Neste estudo, para caracterizar a rede de proteínas do CD44, os cientistas descobriram que o CD44 se liga ao CD81 para a localização coordenada da membrana, e ambos são necessários para a auto-renovação ideal, formação de cluster CTC e metástase, enfatizando as funções indispensáveis ??do CD44 e CD81 na adesão celular e interações intercelulares na metástase, disse Liu.

Para demonstrar a parceria entre as duas proteínas de membrana , os cientistas usaram uma sofisticada modelagem estrutural de proteínas baseada em algoritmos computacionais (aprendizado de máquina) para prever as regiões de interface e os resíduos de aminoácidos envolvidos nas interações das proteínas. Abordagens experimentais foram então usadas para validar as interações de interface CD44 e CD81.

“O aprendizado de máquina e o aprendizado profundo transformaram a modelagem da estrutura das proteínas, facilitando muito a compreensão molecular e o desenvolvimento terapêutico para TNBC e outras doenças metastáticas”, disse Liu.

Liu acrescenta que o aprendizado de máquina e a pesquisa facilitada pelo aprendizado profundo não apenas aumentarão exponencialmente a triagem terapêutica simulada para obter melhor eficácia e menor toxicidade, mas também tornarão a medicina personalizada mais viável e acessível.

"Nosso próximo passo é combinar a análise de biomarcadores CTC com o desenvolvimento de terapia de segmentação personalizada", disse ela.