Caracterização da resposta a proteínas mal enoveladas na senescência induzida por quimioterapia

Abstract

O desequilíbrio entre a carga de proteínas que entra no retículo endoplasmático (ER, do inglês endoplasmic reticulum) e sua capacidade de enovelamento proteico resulta no estresse do ER, desencadeando a resposta a proteínas mal enoveladas (UPR, do inglês unfolded protein response). Três sensores transmembrana do ER - IRE1, PERK e ATF6 - são ativados para aliviar o estresse. Sob estresse, IRE1 realiza o splicing do mRNA de XBP1, resultando na tradução do fator de transcrição ativo, enquanto ATF6 é clivada para liberar seu fragmento citosólico, que também funciona como um fator de transcrição. As células tumorais exploram as vias citoprotetoras da UPR para sobreviver ao estresse. A senescência celular é um estado de parada permanente do ciclo celular caracterizada por resistência à morte celular e mudanças morfológicas e metabólicas. Terapias antitumorais, como quimioterápicos que causam dano ao DNA, podem induzir o acúmulo de células senescentes no tumor. Ainda que não sejam proliferativas, as células senescentes podem alterar o microambiente tumoral e promover a progressão do câncer e resistência à terapia. Células senescentes sofrem estresse do ER, mas pouco se sabe sobre a dinâmica de ativação e a regulação das vias da UPR na senescência induzida por terapia. Neste trabalho, utilizamos imagens de células únicas vivas para monitorar a dinâmica de duas importantes vias da UPR, IRE1-XBP1 e ATF6, em células de glioblastoma tratadas com temozolomida (TMZ), a quimioterapia padrão para esse tipo de câncer e um indutor de senescência conhecido. A via IRE1-XBP1 foi altamente ativada em resposta à TMZ. Nossos dados populacionais e de células únicas revelaram ativação concomitante de IRE1-XBP1 e marcadores fenotípicos de senescência. Nós também observamos que fenótipos morfológicos senescentes distintos apresentaram diferentes níveis de ativação da via IRE1- XBP1. Embora a via ATF6 não tenha sido significativamente ativada em células senescentes, a superexpressão de ATF6 induziu senescência em uma fração de células. Além disso, ATF6 potencializou os efeitos do tratamento com TMZ através da indução precoce de senescência e parada de proliferação. Nosso estudo fornece novos insights sobre a ativação das vias da UPR em resposta à TMZ no glioblastoma, destacando sua relevância na senescência induzida pela terapia.

An imbalance between the protein load entering the endoplasmic reticulum (ER) and its protein folding capacity results in ER stress, triggering the unfolded protein response (UPR). Three ER transmembrane sensors - IRE1, PERK, and ATF6 - are activated to alleviate stress. Under stress, IRE1 splices XBP1 mRNA, resulting in the translation of the active transcription factor, while ATF6 is cleaved to release its cytosolic fragment, which also functions as a transcription factor. Tumor cells exploit the cytoprotective pathways of the UPR to survive stress. Cellular senescence is a state of permanent cell cycle arrest characterized by resistance to cell death and morphological and metabolic changes. Antitumor therapies, such as DNA-damaging drugs, can induce the accumulation of senescent cells within the tumor. Even though they are not proliferative, senescent cells can alter the tumor microenvironment and promote cancer progression and therapy resistance. Senescent cells undergo ER stress, but little is known about the activation dynamics and regulation of UPR pathways in therapy-induced senescence. Here, we used live single-cell imaging to monitor the dynamics of two key UPR pathways, IRE1-XBP1 and ATF6, in glioblastoma cells treated with temozolomide (TMZ), the standard chemotherapy for this type of cancer and a known senescence inducer. The IRE1-XBP1 pathway was highly activated in response to TMZ. Our population and single-cell data revealed a concomitant activation of IRE1-XBP1 and phenotypic markers of senescence. We also observed that distinct senescent morphological phenotypes displayed different activation levels of IRE1-XBP1 pathway. Although the ATF6 pathway was not significantly activated in senescent cells, ATF6 overexpression induced senescence in a fraction of cells. Furthermore, ATF6 potentiated the effects of TMZ treatment by causing early induction of senescence and proliferation arrest. Our study provides new insights into the activation of the UPR pathways in response to TMZ in glioblastoma, highlighting their relevance in therapy-induced senescence.