IV) NEOPLASIAS

Anotações perfunctórias sobre neoplasias

 

 As neoplasias (neo- , novo + Gr. plasis, forma) ou "novas formações," são constituídas por células que proliferam autonomamente nos tecidos, devido às alterações genéticas, constituindo massas, tumores, com comportamento clínico benigno ou maligno.

 

Carcinógenos e fatores predisponentes

  1. Carcinógenos ambientais,

  2. Medicamentos e hormônios,

  3. Agentes infecciosos e parasitários,

  4. Radiações ionizantes (raios X, raios alfa, beta, gama) e não ionizante (ultravioleta),

  5. Hábitos pessoais (dieta, tabagismo, etc),

  6. Fatores genéticos,

  7. Outros.

 

Algumas neoplasias e suas causas

 

• Hepatocarcinoma [Vírus Hepatite B, Vírus Hepatite C, Aflatoxina (micotoxina de Aspergillus flavus, A. parasiticus), etc](fig)

• Carcinoma nasofaríngeo (Vírus Epstein-Barr)(fig.1, fig.2, fig.3, fig.4, fig.5, fig.6 e fig.7)

• Sarcoma de Kaposi (Herpes vírus humano tipo 8)(fig)

• Carcinoma escamoso da cérvice uterina (Papilomavírus humano – HPV)(fig.1, fig.2, fig.3, fig.4, fig.5, fig.6, fig.7)

• Leucemia - Linfoma de células T do adulto (Vírus Linfotrófico T Humano - HTLV-I)

• Linfoma gástrico (MALT) (Helicobacter pylori)

• Ceratose actínica (solar) (pele) (Radiação ultravioleta: UVA, UVB)(fig.1, fig.2 e fig.3)

• Carcinoma epidermóide (pele) (Radiação ultravioleta: UVA, UVB)(fig)(fig.1, fig.2 e fig.3)

• Carcinoma basocelular (Radiação ultravioleta: UVA, UVB)(fig.1, fig.2 e fig.3)

• Melanoma (pele) (Radiação ultravioleta: UVA, UVB) (fig.1 e fig.2)

• Laringe - Carcinoma escamoso (Fumo, bebida alcoólica) pdf

• Mesotelioma maligno pleural [Asbesto (silicato do gênero anfibólio)](fig)

• Carcinoma escamoso brônquico (Fumo, arsênico, níquel, crômio, asbesto)(fig)

• Carcinoma papilífero de tireóide (Radiação ionizante)(fig.1, fig. 2 e fig.3)

• Angiossarcoma hepático (Arsênico) 1pdf; 2pdf

• Carcinoma urotelial de bexiga, pelve renal (Fumo, benzidina, arilamina, anilina)(fig)

• Carcinoma de células renais - Síndrome de von Hippel-Lindau (Herança autossômica dominante)(fig)

• Feocromocitoma de adrenal - Síndrome de Sipple (Neoplasia Endócrina Múltipla-2A) (Herança autossômica dominante)

  John Harrison Sipple (1930 -     )

 

Oncogênese

 • Os danos não letais em genes regulatórios do ciclo celular normal são a base do aparecimento e desenvolvimento do câncer.

 

 

 O ciclo celular é caracterizado por uma fase em que a célula se divide (mitose) e outra (intérfase), onde exerce as suas funções, segundo as suas diferenciação e especialização.

 As células lábeis, ou instáveis (e.g., as epiteliais e  as hematopoéticas) entram frequentemente em mitose, podendo ser observadas nas diferentes fases do ciclo celular G0, G1, S, G2, M.

 As células estáveis (e.g., as do parênquima dos órgãos) têm mínima atividade proliferativa (mitose) em condições normais, permanecendo em G0, como células quiescentes, porém com a capacidade de realizar mitose, quando estimuladas.

 As células permanentes (e.g., neurônios e as fibras musculares estriadas), são muito especializadas e, em geral, não proliferam após o nascimento, entretanto, se muito estimuladas por fatores de crescimento, podem entrar em G1 e sintetizar o DNA (S), permanecendo em G2, ou fazendo apenas a divisão nuclear, sem a citocinese, de modo a apresentarem núcleo com poliploidia.

 A regulação do ciclo celular se dá por estímulos externos, como a:

= pelos fatores de crescimento;

= por proteínas próprias da célula, as guardiães do genoma, que detectam danos ao DNA, interrompendo o ciclo celular para ser reparado o DNA (pontos de restrição G1/S e G2/M); e

= por proteínas que promovem o início e a progressão da divisão celular, como complexos formados por ciclinas (A, B, C, D, E) e quinases (CDK1, 2, 4 e 6) dependentes de ciclina, que regulam cada uma das fases do ciclo celular.

 Assim, os complexos de ciclinas D1/CDK2,4 e D2/CDK4,6 iniciam e fazem progredir a fase G1; o de ciclina E/CDK2 ativa e inicia a síntese (replicação) do DNA (S); o de ciclina A/CDK2 atua no término da fase S e início da fase G2; e o de ciclina B/CDK1 termina a fase G2 e inicia a de mitose.

 As ciclinas ao se ligarem às quinases dependentes de ciclinas, controlam a taxa de fosforilação das proteínas, que exercem várias funções durante a divisão celular.

 As ciclinas são degradadas pelo complexo chamado sistema proteolítico da ubiquitina-proteassomo.

 As quinases dependentes de ciclinas são inibidas por proteínas, a saber: CDK1, CDK2 e CDK6 (pelas proteínas p21, p27, p57) e a CDK4 (pelas proteínas p15, p16, p18, p19).

 As ciclinas e as quinases dependentes de ciclinas e as proteínas inibidoras das quinases são, assim, muito importantes no controle da proliferação celular, de modo que anormalidades nas suas sínteses, como mutações ou perdas ou maior produção, ocorrem em várias neoplasias, por serem produtos envolvendo oncogenes e genes supressores de tumores. Por exemplo, neoplasias malignas de mama, fígado, e alguns linfomas, associam-se com expressão aumentada de genes codificantes de ciclinas, e a amplificação do gene codificante de CDK1 é encontrada em melanomas e sarcomas.

Genes regulatórios do ciclo celular

• Proto-oncogenes promovem a proliferação e a diferenciação celulares.

• Genes supressores de tumor (antioncogenes) inibem a proliferação celular.

• Genes supressores de tumor que regulam a apoptose.

• Genes supressores de tumor que regulam o reparo do DNA.

 

Proto-oncogenes: ativação ou mutação com ganho de função

Proto-oncogenes com ganho de função fora do normal chamam-se oncogenes, os quais codificam oncoproteínas que podem ser:

• fatores de crescimento,

• receptores de fatores de crescimento,

• transdutoras de sinal,

• ativadoras da transcrição do DNA,

• reguladoras do ciclo celular,

• ligadora à proteína p53,

• p21 GTPase,

• antiapoptose.

Mecanismos de ativação dos proto-oncogenes

Os proto-oncogenes celulares podem ser ativados no câncer como resultado de:

(a) mutações pontuais, que alteram a sequência de aminoácidos, codificando-se uma proteína constitutivamente ativada;

(b) amplificação de um gene celular, por múltiplas cópias, resultando numa maior expressão de uma proteína; ou

(c) translocações cromossomiais, que levam à justaposição do proto-oncogene com um gene promotor forte, favorecendo o aumento da síntese protéica ou produzindo uma proteína nova, quimérica, derivada dos fragmentos do gene normalmente presente em diferentes cromossomos.

Exemplos de ativação de proto-oncogenes

• Mutação pontual: • proto-oncogene como oncogene K-ras → síntese de p21 GTPase (e.g., adenocarcinomas de pâncreas, cólon e reto, pulmonar, endometrial).

• Amplificação gênica: • proto-oncogene como oncogene L-myc → síntese de fator de transcrição (e.g., carcinoma pulmonar de pequenas células).

• Translocação (8;14)(q24;q32): • proto-oncogene c-myc + gene de cadeia pesada de imunoglobulina → troca do gene regulador levando a um aumento de produção da proteína c-myc (fator de transcrição) [e.g., Linfoma de Burkitt (Vírus Epstein-Barr)]. Linfoma de Burkitt (fig.1); (fig.2); (fig.3); (fig.4); (fig.5).

 

Genes supressores de tumor inibem a proliferação celular através de proteínas que:

• regulam a transcrição do DNA e o ciclo celular

• regulam a transdução de sinal e a diferenciação

• atuam como receptores de superfície celular

• ligação da E-caderina – citoesqueleto

• receptor transmembrana (TGF-β)

• ação de tirosina-fosfatase

• etc

 

Inativação de gene supressor de tumor

O Modelo dos dois danos da tumorigênese de Alfred G. Knudson (1922-2016)

A inativação de ambos os alelos de um gene supressor de tumor é necessária e é fator limitante na iniciação do câncer. No câncer esporádico, a inativação de ambos os alelos, na mesma célula, depende de dois eventos genéticos raros e independentes (pós-natais). Pessoas que têm um alelo de gene supressor de tumor com mutação em sua linhagem germinativa ou somática, herdado de um dos pais, ou resultante de uma nova mutação gênica na linhagem germinativa ou somática, necessitam somente de um evento genético pós-natal (i. e., a perda do segundo alelo) para a iniciação do tumor. Esta única mutação pode ocorrer em qualquer célula do órgão alvo, o que explica a alta frequência do câncer, o seu início precoce, e a sua apresentação multicêntrica nas pessoas com predisposição genética ao câncer (herdado, familiar).

Assim, as mutações nos genes supressores de tumor representam perda de função do gene, e são de comportamento recessivo, segundo a herança mendeliana.

• A inativação sequencial, pós-natal, de dois alelos de um gene supressor de tumor crítico inicia a tumorigênese nos casos de neoplasia maligna esporádica (não herdado, não familiar).

• Nos casos familiares a neoplasia surge mais cedo, no período pós-natal, porque só é necessário mais um evento de inativação genética, pois as células somáticas ou germinativas já apresentam, congenitamente, o outro alelo (gene supressor de tumor) inativado.

 

Perdas alélicas nos tumores e perda da heterozigose

A perda do material genético que acompanha o desenvolvimento dos tumores tem sido usada para mapear a localização cromossomial dos genes supressores de tumores. Enquanto o dano genético inicial tipicamente resulta de uma mutação pontual em um gene supressor de tumor, o segundo evento de inativação gênica é comumente o resultado de uma macro perda cromossomial. Esta última pode ser:

(1) uma perda de um cromossomo inteiro normal,

(2) uma pequena deleção, que remove um segmento cromossomial contendo o gene, ou

(3) uma duplicação do cromossomo carreando um alelo mutante, com perda do cromossomo normal. Tais eventos podem ser mapeados usando-se enzimas de restrição para fragmentos de comprimento polimórfico ou outros métodos moleculares que distingam os alelos maternal e paternalmente herdados. A identificação dos loci cromossomiais sujeitos à perda da heterozigose, em cânceres específicos, tem sido o ponto de partida para a clonagem dos genes que predispõem ao câncer.

Exemplos de perda de função de genes supressores de tumor:

- Retinoblastoma familiar: Mutação do gene supressor de tumor RB1(perda de função)(fig.1 e fig.2).

- Tumor de Wilms renal: Inativação do gene supressor de tumor WT1 (fator de transcrição) envolvido na proliferação e diferenciação celulares: (fig.1); (fig.2); (fig.3); (fig.4).

- A inativação do gene supressor de tumor APC (“Adenomatous Polyposis Coli”) inicia a tumorigênese na Polipose Familiar do Cólon (herança autossômica dominante).

 

Gene p53 participa da apoptose e do controle do câncer

O gene p53 (supressor de tumor) tem um papel crítico na manutenção da integridade do genoma.

• Normalmente tem baixa expressão em todas as células.

• Quando há dano no DNA a sua expressão aumenta produzindo-se e ativando-se a proteína p53 (fator de transcrição).

• A parada do ciclo celular em G1 permite o reparo do DNA.

Exemplos de perda de função do gene p53 e cânceres envolvidos:

- Dano do DNA por UVA, mutação do gene p53 e carcinoma epidermóide na pele.

- Síndrome de Li-Fraumeni (Herança autossômica dominante: perda de um alelo do gene p53): câncer de mama, gliomas, leucemia e muitas outras neoplasias.

O gene p53 orquestra múltiplas vias da supressão tumoral:

• Parada do ciclo celular,

• Reparo do DNA,

• Apoptose,

• Inibição da angiogênese tumoral (fator inibidor),

• Inibição das metástases (transativação de genes que bloqueiam a degradação da Matriz Extracelular (MEC) e a repressão dos que promovem a degradação da MEC.

 

Genes envolvidos no reparo do DNA. A Instabilidade Microssatélite

• A inativação dos genes (supressores de tumor) envolvidos no reparo dos segmentos de DNA malpareados [erro de replicação (RER+)] inicia o câncer indiretamente ao permitir o aumento da frequência de mutações em outros genes durante a divisão celular.

• A instabilidade microssatélite (microssatélites são repetições escalonadas de 1 a 6 nucleotídeos espalhadas em todo o genoma) é característica da mutação nos genes envolvidos no reparo do DNA com erro de replicação. Representa uma instabilidade genética nucleotídica.

• Microssatélites, como dito, são pequenas sequências repetidas e muito variáveis de nucleotídeos no DNA, que se distribuem em todo o genoma, facilitando a distinção entre os alelos maternos e paternos herdados. Ao contrário dos tumores com perda da heterozigose, onde um dos alelos não existe, em comparação com a linhagem germinativa, os tumores com instabilidade microssatélite (RER+) mostram comprimentos alterados para os marcadores de microssatélites, devido aos erros no reparo do DNA malpareado. Quando sequências microssatélites estão presentes na região codificante de um gene surgem mutações e perda da função do gene.

Exemplo: Carcinomas familiares de mama e ovário: Inativação dos genes supressores de tumor BRCA1 e BRCA2 envolvidos no reparo do DNA (de quebras no DNA em dupla fita, do DNA malpareado, etc). Leia mais em: 1. Microsatellite Instability in Colorectal Cancer. 2. Microsatellite instability (MSI) indicates a defective mismatch repair (dMMR) system.

 

A Telomerase e o Câncer

•  A divisão celular normal requer a manutenção dos telômeros nas extremidades dos cromossomos.

•  A progressão tumoral é dependente da imortalização de clones celulares.

•  A telomerase ativa contribui para a “imortalidade” do clone celular neoplásico.

Nas células germinativas, programadas para uma vida interminável, a manutenção do telômero depende da atividade da telomerase. As células somáticas, proliferando em cultura, mostram um encurtamento progressivo dos telômeros até que a divisão celular cesse com o envelhecimento. As células levadas a proliferar além deste ponto, devido a genes transformados, continuam a reduzir seus telômeros até um ponto crítico, quando os cromossomos tornam-se instáveis, resultando em morte maciça celular (crise). Num pequeno número de células a telomerase pode ser ativada no ponto crítico, produzindo-se células capazes de proliferar indefinidamente in vitro. A maioria dos cânceres humanos expressa altos níveis de telomerase, sugerindo que uma pressão seletiva semelhante in vivo contribui para o potencial de crescimento ilimitado. Leia mais em: 1. Roles of Telomeres and Telomerase in Cancer; 2. Telomere and Telomerase: From Discovery to Cancer Treatment; 3. Role of Telomeres and Telomerase in Cancer; 4. Telomerase and Cancer. 5. Telomerase Regulation: A Role for Epigenetics

 

Histórico incompleto das descobertas sobre a oncogênese^♣

1914. Theodor Heinrich Boveri (1862-1915) sugeriu que cromossomos aberrantes podem causar câncer.

1927. Herman Joseph Muller (1890-1967) observou que a radiação causa mutação nas células.

1951. Herman Joseph Muller propôs a teoria de que mutações múltiplas tornam as células malignas.

1960. Peter C. Nowell (1928- ) & David A. Hungerford (1927-1993) descobriram que uma troca do DNA entre os cromossomos 9 e 22 leva à leucemia mielóide crônica.

1971. Alfred G. Knudson (1922-2016) explicou as diferentes frequências do câncer de retina, herdado e esporádico, com a hipótese dos dois “golpes” ou danos por mutação, necessários para inativar ambos os alelos do gene RB, e que uma mutação pode ser herdada.

1974. Lawrence A. Loeb, Clark F. Springgate & Narayana Battula argumentaram que mutações ao acaso devem acumular-se mais rápido que o normal nas células que se tornam malignas.

1986. Robert Allan Weinberg et al. isolou o gene RB, o primeiro gene supressor de tumor.

1988. Bert Vogelstein, Eric R. Fearon, Stanley R. Hamilton et al. publicaram um modelo de mutações genéticas sequenciais que leva ao câncer de cólon.

1997. Christoph Lengauer, Kenneth W. Kinzler & Bert Vogelstein demonstraram dramático aumento no ganho e perda de cromossomos nas células tumorais de cólon e propuseram que a instabilidade cromossomial é evento crítico inicial que leva às mutações nos proto-oncogenes e genes supressores de tumor.

1999. Peter H. Duesberg et al. publicou detalhada teoria de como a aneuploidia pode ser suficiente para causar o câncer em si, mesmo sem mutações em qualquer grupo particular de genes. Leia mais em pdf.

2002. Thomas Ried identificou padrões recorrentes de aneuploidia nos cânceres de cólon e da cérvice uterina.

2003. O número de genes identificados e relacionados ao câncer, bem mais do que 100, continua, desde então, a crescer rapidamente.

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♣ Gibbs, W.W. – Untangling the roots of cancer. Scientific American, 289 (1): 48-57, 2003.

  

Leituras Complementares Sobre História

From the Regulatory Vision of Cancer to the Oncogene Paradigm, 1975–1985 

40 Years of RAS—A Historic Overview

Kirsten Ras* oncogene: Significance of its discovery in human cancer research

Historical retrospective of the SRC oncogene and new perspectives (Review)

The History of Cancer

Human oncogenic viruses: nature and discovery

The History of Tumor Virology

Discovery of oncogenes: The advent of molecular cancer research

Evolution-of-Cancer-Pharmacological-Treatments-at-the-Turn-of-the-Third-Millennium

Landmarks-in-the-History-of-Cancer-Epidemiology

Multicellular-origin-of-cancer

The-Emperor-Of-All-Maladies-A-Biography-Of-Cancer

The-history-and-advances-in-cancer-immunotherapy

Stem-Cell-Origin-of-Cancer-and-Embryogenesis

Faguet-A-brief-history-of-cancer-Age‐old-milestones-underlying-our-current-knowledge

Cancer-2011-Hajdu-A-note-from-history-Landmarks-in-history-of-cancer-part-1

Cancer-2011-Hajdu-A-note-from-history-Landmarks-in-history-of-cancer-part-2

Cancer-2011-Hajdu-A-note-from-history-Landmarks-in-history-of-cancer-part-3

Cancer-2011-Hajdu-A-note-from-history-Landmarks-in-history-of-cancer-part-4

Cancer-2011-Hajdu-A-note-from-history-Landmarks-in-history-of-cancer-part-5

Cancer-2011-Hajdu-A-note-from-history-Landmarks-in-history-of-cancer-part-6

Cancer-2011-Hajdu-A-note-from-history-Landmarks-in-history-of-cancer-part-7

137 Years of Cancer Therapeutics: 1882-2019

 

As Teorias da Oncogênese

A Teoria Clássica

1. Carcinógenos (UVA, fumo, etc) alteram a sequência do DNA de genes relacionados com o câncer.

2. Mutações nos genes supressores de tumor levam ao desaparecimento de proteínas que inibem a proliferação celular, permitindo que as células sobrevivam e continuem a dividir-se, quando não deveriam.

3. Mutações nos proto-oncogenes ativando-os (=oncogenes) promovem a proliferação celular em situações que a mesma não deveria ocorrer.

4. O excesso de oncoproteínas e a falta de ação dos genes supressores de tumor levam as células mutantes a se reproduzirem excessivamente.

5. Após muitas mutações e proliferações, uma célula na massa de mutantes fica autônoma, quanto ao seu crescimento, e invade os tecidos adjacentes.

A Teoria Clássica Modificada

6. Fatores que promovem danos nos genes envolvidos na síntese ou no reparo do DNA contribuem para que mutações, ao acaso, surjam e se acumulem (dezenas de milhares) nas células que se dividem. Nesse processo, consequentemente, acabam sendo comprometidos os genes relacionados com o câncer.

7. A eliminação das proteínas de genes supressores de tumor (perda de função) e a ativação das oncoproteínas (proto-oncogenes ativos, quando não deveriam = oncogenes) contribuem para abolir os mecanismos autodestrutivos da morte celular programada (apoptose).

A Teoria da Instabilidade Inicial

8. Genes “mestres” (reguladores), requeridos para a divisão celular, são silenciados.

9. Erros ocorrem durante a duplicação cromossomial. Algumas células filhas adquirem um número anormal de cromossomos, ou estes têm segmentos extras ou que faltam. Tais aberrações, não letais, se acumulam em cada nova geração celular.

10. A “quantidade de genes,” na célula, altera-se com as adições e deleções cromossomiais.

11. Com o tempo, a quantidade de proteínas de genes supressores de tumor cai abaixo de um valor limiar crítico, e as cópias extras de oncogenes podem elevar a quantidade de oncoproteínas para níveis perigosos.

A Teoria da Aneuploidia

12. Um erro na divisão celular produz células aneuplóides.

13. Cromossomos extras ou truncados alteram a quantidade relativa de milhares de genes. Grupos de enzimas que normalmente cooperam para a replicação ou a correção do DNA começam a falhar, levando numerosas células aneuplóides à morte.

14. Algumas células aneuplóides sobrevivem e geram prole diferente geneticamente, também aneuplóide.

15. Finalmente, uma ou mais células adquirem uma mistura de cromossomos aberrantes, que dá um ou mais dos “superpoderes” do câncer. Tais células continuando a proliferar, sem controle, originam uma hiperplasia celular heterotípica, ou uma neoplasia maligna in situ (no sítio, local, de origem).

16. Dependendo do tipo de neoplasia, após anos ou décadas, as células aneuplóides malignas adquirem, gradualmente, a habilidade de invadir os tecidos vizinhos e, ou de disseminarem-se à distância, vias sanguínea ou linfática, para outros órgãos, constituindo-se as metástases.

 

Neoplasias: monoclonais e policlonais

 As neoplasias malignas são monoclonais, segundo a teoria prevalente, ou seja, surgem de uma única célula, dentre as muitas em um tecido, que acumulou, aleatoriamente, ao longo do tempo, um conjunto suficiente de alterações genéticas não letais, envolvidas com o controle do ciclo celular, como o ganho de função dos proto-oncogenes, a perda de função de vários tipos de genes supressores de tumores, de alterações epigenéticas e de alterações cromossomiais (aneuploidia), etc, tornando-se autônoma no tecido ao proliferar sem controle e perdendo a sua diferenciação, dando, assim, origem a uma neoplasia. Esta é constituída de células filhas não idênticas entre si e com a célula materna, caracterizando inúmeros subclones, geneticamente, fenotipicamente e cineticamente diferentes entre si, pela instabilidade genética mutacional intrínseca às células neoplásicas malignas. Das células transformadas a maioria morre por causa dos efeitos deletérios das alterações genéticas, em geral, que foram se acumulando. Porém, uma pequena percentagem de células malignas viáveis permanece, favorecendo a promoção e a progressão da neoplasia, e a recidiva de uma neoplasia mais agressiva, que estava aparentemente sob controle, após os tratamentos quimioterápico e radioterápico usuais.

 Existem neoplasias malignas policlonais por serem multicêntricas, ou seja, cada clone celular neoplásico se originando em um sítio diferente nos órgãos e tecidos.

 Apesar da origem monoclonal das neoplasias ser a teoria prevalente, vários autores têm demonstrado que várias neoplasias de diferentes tipos, têm também origem policlonal, a partir de células iniciadoras já presentes nos tecidos normais, onde duas ou mais células progenitoras diferentes, ou clones de células, geneticamente transformadas de modo independente (células heterotípicas), muito próximas, interagem para iniciar a neoplasia. As evidências da origem também policlonal das neoplasias têm sido demonstradas na reavaliação dos estudos da inativação do cromossomo X, em populações heterotípicas de células presentes nos tecidos. Além disso, uma neoplasia policlonal, bem desenvolvida, pode apresentar, de modo predominante, células monoclonais, encobrindo, assim, a sua origem policlonal (♠).

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(♠) Barbara L. Parsons - Many different tumor types have polyclonal tumor origin: Evidence and implications. Mutation Research-Reviews in Mutation Research, 659(3): 232–247, 2008.

Abstract
Few ideas have gained such strong acceptance in the scientific community as the monoclonal origin of tumors; the idea that tumors start with a single mutated cell (or a single clone of cells) that go on to accumulate additional mutations as a tumor develops. The certainty with which this concept is held by the scientific community reflects the length of time it has been unchallenged and the experimental difficulty in obtaining direct evidence to the contrary. Yet, recent findings regarding X chromosome inactivation patch size indicate that the X-linked marker data previously interpreted as evidence of monoclonal tumor origin is actually more consistent with polyclonal tumor origin, a situation where two or more cells or clones of cells interact to initiate a tumor. Although most tumors show homotypy for X-linked markers (as expected given the bias conferred by X chromosome inactivation patch size), the literature contains numerous examples of tumors with X-linked marker heterotypy, examples of which encompass 24 different tumor types. Chimeric models have yielded direct unequivocal demonstrations of polyclonality in rodent and human tumors. Also, mutational data are consistent with polyclonal tumor origin. Methods that analyze levels of tumor-associated oncogene and tumor suppressor gene mutations demonstrate that initiated cells are much more common in normal tissues than previously realized. Also, while tumors have higher levels of mutation than normal tissues, oncogenic mutations frequently are present as subpopulations within tumors, rather than as the pure mutant populations expected to develop from a single initiated cell. Understanding the mutational basis of tumor etiology has important practical significance for assessing cancer risk, as well as in modeling and treating cancer. Therefore, the scientific community needs to re-examine this issue and consider the implications of polyclonal origin for, perhaps, a majority of tumors, encompassing many different tumor types.

Resumo
Poucas ideias tiveram tão forte aceitação na comunidade científica como a da origem monoclonal dos tumores; ideia em que os tumores iniciam-se com uma célula com mutação (ou um único clone de células), e que acumulam mutações adicionais, na medida em que se desenvolvem. A certeza com que este conceito é mantido pela comunidade científica reflete o tempo em que ele não tem sido contestado e a dificuldade experimental em obter-se a evidência direta do contrário. Ainda, recentes achados envolvendo a inativação do cromossomo X, restrita ao tamanho do fragmento tecidual, indicam que o marcador ligado ao X, previamente interpretado como a evidência da origem monoclonal tumoral, é, na verdade, mais consistente com a origem policlonal tumoral, onde duas ou mais células, ou clones de células, interagem para iniciar um tumor. Embora a maioria dos tumores mostre homotipia para os marcadores ligados ao X (como é esperado, dado o viés conferido pela inativação do cromossomo X, restrita ao tamanho do fragmento tecidual), a literatura contém numerosos exemplos de tumores com heterotipia ligada ao X, envolvendo 24 diferentes tipos de tumores. Modelos quiméricos têm dado inequívocas demonstrações diretas da policlonalidade nos tumores em roedores e em humanos. Também dados sobre mutação são consistentes com a origem policlonal tumoral. Os métodos que analizam os níveis de mutações no gene supressor de tumor e no oncogene associado ao tumor demonstram que as células iniciadas são muito mais comuns nos tecidos normais do que antes se pensava. Também, enquanto os tumores têm níveis mais altos de mutação, do que os tecidos normais, mutações oncogênicas, frequentemente, estão presentes como subpopulações dentro dos tumores, em vez de populações mutantes puras, que se espera desenvolverem-se de uma única célula iniciada. O entendimento da base mutacional da etiologia do tumor tem importante significado prático para se avaliar o risco de câncer, assim como na padronização e no tratamento do câncer. Portanto, a comunidade científica precisa reexaminar esta questão e considerar as implicações da origem policlonal, talvez, para a maioria dos tumores, abrangendo muitos diferentes tipos de tumores.

 

(♠) Barbara L. Parsons - Multiclonal tumor origin: Evidence and implications. Mutation Research-Reviews in Mutation Research, 777(1): 1-18, 2018. pdf.

Abstract

An accurate understanding of the clonal origins of tumors is critical for designing effective strategies to treat or prevent cancer and for guiding the field of cancer risk assessment. The intent of this review is to summarize evidence of multiclonal tumor origin and, thereby, contest the commonly held assumption of monoclonal tumor origin. This review describes relevant studies of X chromosome inactivation, analyses of tumor heterogeneity using other markers, single cell sequencing, and lineage tracing studies in aggregation chimeras and engineered rodent models. Methods for investigating tumor clonality have an inherent bias against detecting multiclonality. Despite this, multiclonality has been observed within all tumor stages and within 53 different types of tumors. For myeloid tumors, monoclonal tumor origin may be the predominant path to cancer and a monoclonal tumor origin cannot be ruled out for a fraction of other cancer types. Nevertheless, a large body of evidence supports the conclusion that most cancers are multiclonal in origin. Cooperation between different cell types and between clones of cells carrying different genetic and/or epigenetic lesions is discussed, along with how polyclonal tumor origin can be integrated with current perspectives on the genesis of tumors. In order to develop biologically sound and useful approaches to cancer risk assessment and precision medicine, mathematical models of carcinogenesis are needed, which incorporate multiclonal tumor origin and the contributions of spontaneous mutations in conjunction with the selective advantages conferred by particular mutations and combinations of mutations. Adherence to the idea that a growth must develop from a single progenitor cell to be considered neoplastic has outlived its usefulness. Moving forward, explicit examination of tumor clonality, using advanced tools, like lineage tracing models, will provide a strong foundation for future advances in clinical oncology and better training for the next generation of oncologists and pathologists.

Resumo

Uma compreensão correta das origens clonais dos tumores é crítica para se estabelecer as estratégias eficazes para o tratamento e a prevenção do câncer e para orientar a avaliação do risco de câncer. O intento desta revisão é resumir a evidência da origem policlonal tumoral e, assim, contestar a afirmação comumente mantida da origem monoclonal tumoral. Esta revisão descreve relevantes estudos da inativação do cromossomo X, as análises da heterogeneidade tumoral usando outros marcadores, o sequenciamento unicelular, e estudo de rastreio de linhagens em agregados de quimeras e em modelos de roedores modificados. Os métodos para investigar a clonalidade do tumor têm um viés inerente contra a detecção da multiclonalidade. Apesar disso, a multiclonalidade tem sido observada em todos os estágios tumorais em 53 diferentes tipos de tumor. Para os tumores mieloides, a origem tumoral monoclonal pode ser a via predominate do câncer e a origem monoclonal tumoral não pode ser descartada em uma fração de outros tipos de câncer. Contudo, um grande corpo de evidência fundamenta a conclusão de que a maioria dos cânceres é multiclonal na origem. A cooperação entre diferentes tipos de células e entre clones de células apresentando diferentes lesões genéticas e, ou epigenéticas é discutida, juntamente como a origem policlonal tumoral pode ser integrada com as perspectivas atuais sobre a gênese dos tumores. A fim de se desenvolver abordagens biologicamente sólidas e úteis para a avaliação do risco do câncer e uma medicina personalizada, são necessários modelos matemáticos de carcinogênese, os quais incorporam a origem multiclonal tumoral e as contribuições das mutações espontâneas em conjunto com as vantagens seletivas conferidas por uma mutação particular e as combinações de mutações. A aderência à ideia de que um crescimento deve desenvolver-se a partir de uma única célula progenitora considerada neoplásica, sobreviveu à sua utilidade. Ir adiante, examinando a explícita clonalidade do tumor, usando-se ferramentas avançadas, como modelos de rastreamento de linhagem, proverá um sólido fundamento para os avanços futuros na oncologia clínica e melhor treinamento para a próxima geração de oncologistas e patologistas.

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A Epigênese e a Oncogênese

 O DNA é constituido de duas cadeias antiparalelas de nucleotídeos, que se unem por suas bases nitrogenadas, adenina, timina, guanina e citosina (A=T e G≡C), formando-se uma dupla hélice. Esta se associa com histonas, cujas caudas ricas em lisina, interagem com o DNA, tornando os nucleossomos mais e mais compactos, até constituirem-se os cromossomos. As histonas participam do controle da expressão gênica (ação epigenética).

 Um efeito epigenético é qualquer influência hereditária sobre a atividade dos genes (“são ligados ou desligados”), que não se associa com alteração na sequência de bases nitrogenadas do DNA.

 As acetiltransferases atuam epigeneticamente no controle dos genes que codificam as proteínas necessárias ao reparo do DNA, na proliferação e diferenciação celulares, na apoptose, e são importantes no desenvolvimento embrionário normal.

• As acetiltransferases promovem a acetilação dos resíduos de lisina nas caudas das histonas, tornando-as mais negativas, o que leva a um afrouxamento dos nucleossomos (o DNA tem carga negativa), permitindo que o gene seja ligado (ativado, i. é, transcrito e traduzido).

• As desacetilases também agem epigeneticamente e têm ação contrária a das acetiltransferases.

• Ambas as enzimas têm suas ações controladas por hormônios (glicocorticóides, tiroxina, estrogênio).

• A metilação do DNA (metilcitosina) favorece a atividade das desacetilases, levando à desacetilação das histonas, o que torna os nucleossomos mais compactos, impedindo a transcrição genética.

• Os transposons (genes que se movem, saltam) se multiplicam e se deslocam pelo genoma, indo colocar-se em outros sítios no mesmo cromossomo ou em cromossomos distantes, interagindo com outros genes, hiperativando-os ou desligando-os. A metilação dos transposons suprime-lhes a atividade. Leia mais em: 1. Transposons: The Jumping Genes; 2. Transposable elements in cancer; 3. The evolutionary history of human DNA transposons.

- Os fenômenos epigenéticos podem amplificar ou anular a expressão dos genes.

- A informação epigenética é “codificada” como ligantes químicos (metilação) no DNA ou nas proteínas histonas (acetilação).

- A metilação do DNA parece suprimir a expressão dos transposons (~ 50% do genoma humano).

 

Leitura complementar:

Epigenetics-and-Cancer-A-Comprehensive-Review

Discovering DNA Methylation, the History and Future of the Writing on DNA

Cancer-Epigenetics-Origins

A-Brief-History-of-Epigenetics

The-Epigenetic-Progenitor-Origin-of-Cancer-Reassessed-DNA Methylation-Brings-Balance-to-the-Stem-Force

 

A Progressão Tumoral

 As alterações genéticas iniciais na célula, transformando-a em neoplásica maligna (iniciação), desencadeiam uma proliferação descontrolada de um ou mais clones (promoção), associada com o acúmulo de mutações adicionais e o aparecimento de vários subclones celulares dentro do tumor (progressão).

 A instabilidade genética tumoral reflete-se na variabilidade do fenótipo das células do tumor. Os clones celulares, com transformação neoplásica maligna, são geneticamente instáveis. Suas evoluções clonais apresentam células fenotipicamente, citogeneticamente e citocineticamente (mais morte celular e menor taxa de crescimento) heterogêneas.

 

O crescimento tumoral, além de um volume mínimo, depende da angiogênese

 Angiogênese tumoral e sua inibição: a habilidade dos tumores em promover a angiogênese permite que os mesmos cresçam além de um tamanho mínimo. A viabilidade da neoplasia, apenas pela difusão de oxigênio e de nutrientes, é mantida até que a massa de células neoplásicas atinja cerca de 150 μm de diâmetro, de modo que, além deste diâmetro, a angiogênese intraneoplásica torna-se necessária para que a massa neoplásica continue a crescer. A neovascularização depende da secreção de fatores de crescimento endotelial pelas células neoplásicas ((e.g., Fator de Crescimento Vascular Endotelial [VEGF] e Fator de Crescimento Derivado de Plaquetas [PDGF])). Esta angiogênese pode ser inibida por peptídeos, como a angiostatina e a endostatina, e por drogas conjugadas usando-se pequenos peptídeos, que têm como alvo proteínas da membrana endotelial.

 

A invasão do tecido conjuntivo pela neoplasia epitelial envolve várias etapas

1. A dissolução da membrana basal (ação das metaloproteinases),

2. A expressão de receptores para fibronectina e laminina, que são glicoproteínas da matriz extracelular, favorecem a adesão e a migração das células neoplásicas,

3. A liberação de ativador do plasminogênio, colagenases, catepsinas, heparanase, hialuronidase, etc, auxiliam na invasão do estroma conjuntivo,

4. A secreção de fatores que promovem a angiogênese, a expressão de integrinas, etc, auxiliam na invasão estromal e nas metástases,

As metástases se estabelecem quando as células tumorais, aderidas a leucócitos e plaquetas e presas na luz capilar, interagem com o endotélio, em geral, em vasos sanguíneos de paredes finas.

 

Os superpoderes das células neoplásicas malignas

 

• Apresentam proliferação autônoma.

• Têm a capacidade de evadir os mecanismos de autodestruição, como a apoptose.

• Liberam fatores de crescimento endotelial, que estimulam a proliferação de vasos sanguíneos.

• Adquirem a “imortalidade” efetiva, pela ativação da telomerase.

• Desenvolvem a capacidade de invadir outros sítios por:

  - Continuidade (e.g., carcinoma epidermoide de esôfago invadindo o estômago),

  - Metástase (à distância, vias sanguínea e, ou linfática) (fig.1); (fig.2); (fig.3); (fig.4).

 

O microambiente neoplásico

 O microambiente neoplásico compreende uma rica trama de componentes da matriz extracelular (proteínas colagênicas e não colagênicas, proteoglicanos, sistema elástico) envolvendo as células neoplásicas e as endoteliais, os pericitos, os fibroblastos e miofibroblastos, adipócitos e outras células mesenquimais, as parenquimais (órgão-específicas), e as imunológicas (macrófagos, células dendríticas, leucócitos, mastócitos, etc), associadas com o processo inflamatório.

 As células neoplásicas comunicam-se entre si e com as demais células, locais e da reação inflamatória, diretamente por contatos intercelulares e, indiretamente, por fatores de crescimento e outras citocinas e quimiocinas liberadas em meio solúvel; por meio dos componentes da matriz extracelular (MEC), etc, e também mediante a liberação de "vesículas extracelulares," caracterizadas pelos exossomos (30nm a 100nm de diâmetro) e as microvesículas (micropartículas ou ectossomos) (50nm a 1.000nm de diâmetro).

 Várias situações de estresse estimulam as células neoplásicas e não neoplásicas a liberarem “vesículas extracelulares,” como: hipóxia; acidose; estresses oxidativo e térmico, tensão cisalhante (shear stress); radiação; fármacos citotóxicos, etc.

 Os conteúdos das vesículas extracelulares são variáveis e complexos, segundo o mecanismo de formação das vesículas e o estado funcional da célula, podendo-se citar: vários antígenos neoplásicos, vários tipos de lipídeos (colesterol, esfingomielina, fosfatidilserina, ácidos graxos saturados); proteínas de membrana, do citoesqueleto e solúveis; vários tipos de RNA (RNAm, miRNA); sequências de DNA móveis (retrotransposons), DNA mitocondrial; várias citocinas [e.g., fatores de crescimento: vascular endotelial, fibroblástico, transformador do crescimento β (TGF-β); IL-1, IL-6, IL-1β (inibe a diferenciação e a proliferação de linfócitos T e B), TNF-α (promove a apoptose), etc]; Ligante Fas (FasL: proteína transmembrana tipo II, que ligando-se aos receptores de membrana de linfócitos, induz a apoptose dos mesmos); catepsina B (cisteína-protease, que degrada componentes da MEC); proteínas de choque térmico; proteínas antiapoptóticas (survivina); fator tecidual pró-coagulante; integrinas; moléculas de adesão intercelular, etc.

 O conteúdo das vesículas pode ser liberado no meio extracelular pela ruptura de suas membranas, ou no interior das células-alvo, via receptores de membrana, ou com a fusão das membranas, ou por endocitose. As vesículas podem também ser difundidas via os fluidos biológicos como o: líquor, sangue, saliva, urina, leite, lágrimas, etc, contribuindo, assim, para o estabelecimento de nichos pré-metastáticos.

 Assim, no microambiente neoplásico, as células tumorais são capazes de modularem múltiplas modificações, a saber:

1) o escape da resposta imunológica antineoplásica, por exemplo, por meio da liberação de citocinas e quimiocinas, sendo recrutados macrófagos associados ao tumor (TAMs), que promovem a angiogênese e favorecem a invasão e as metástases, assim como o recrutamento de várias subpopulações de linfócitos T [TCD8+, TCD4+h1 (produtores de Interferon-γ), TCD4+h2 (produtores de Il-4, IL-5 e IL-13), TCD4+h17 (produtor de IL-17, IL-21, IL-22) e TCD4+reg (regulatórios, suprimem ação dos linfócitos TCD8+)], que facilitam, igualmente, a promoção e a progressão neoplásicas e as metástases; e também através da eliminação dos antígenos tumorais pela redução da expressão de moléculas do Complexo Principal de Histocompatibilidade (MHC) de classes I e II; perda de moléculas estimuladoras da resposta imune; defeitos no processamento e apresentação dos antígenos associados ao tumor e baixa expressão destes antígenos; e a liberação de citocinas imunossupressoras, como TGF-β, IL-6 e IL-10, etc;

2) alterarem a matriz extracelular (MEC) mediante a síntese e a degradação (ação de metaloproteinases) de seus componentes, ao modificarem o metabolismo dos fibroblastos locais, cujos fatores de crescimento, quimiocinas e componentes da MEC sintetizados, auxiliam no recrutamento de células endoteliais e de pericitos, importantes na angiogênese tumoral. Dentre as muitas ações das células estromais nas manutenção e progressão das neoplasias pode ser citada a liberação de TGF-β pelas células mesenquimais locais, que estimula a transição epitelial-mesenquimal das células neoplásicas (mudança fenotípica epitelial para mesenquimal), favorecendo a invasão tecidual. A liberação de integrinas e moléculas de adesão intercelulares, assim como de miRNA (microRNA, dentre diversas ações, promove a migração endotelial e a angiogênese), entre outros componentes, presentes nas vesículas extracelulares, juntamente com a degradação dos componentes da MEC, facilitam a migração, a invasão dos tecidos pelas células neoplásicas, e as disseminações à distância, ou seja, as metástases, cujos nichos foram previamente preparados, sendo as células dos órgãos distantes metabolicamente modificadas pela ação dos constituintes das vesículas extracelulares, liberados pelas células tumorais, e transportados pela corrente sanguínea.

Leituras Complementares

Tumor Microenvironment—A Short Review of Cellular and Interaction Diversity

Interplay within tumor microenvironment orchestrates neoplastic RNA metabolism and transcriptome diversity

A MicroRNA Component of the Neoplastic Microenvironment: Microregulators with Far-Reaching Impact

The Biology and Function of Extracellular Vesicles in Cancer Development

The role of extracellular vesicles in cancer

  

Aspectos morfológicos das neoplasias benignas e malignas

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Neoplasias Benignas: • maior grau de diferenciação • células semelhantes às do tecido original • núcleos em geral monomórficos • citoplasma abundante • núcleo / citoplasma: 1/4 a 1/6 • cromatina fina, bem distribuida • nucléolos pouco evidentes • poucas células em mitose (típica) • necrose ausente ou escassa • crescimento lento • tumores encapsulados, com bom plano de clivagem • não dão metástases

Neoplasias Malignas: • menor grau de diferenciação; anaplasia • células em geral pouco diferenciadas • núcleos pleomórficos • pouco citoplasma • núcleo / citoplasma = 1/1 • cromatina grosseira, com distribuição irregular (hipercromasia nuclear) • nucléolos bem evidentes • maior número de células em mitose (atípica) • necrose presente • crescimento rápido • tumores não encapsulados, infiltrantes, sem plano de clivagem • comuns as metástases

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Neoplasias malignas. Graus de diferenciação

 1. Bem diferenciado,

 2. Moderadamente diferenciado,

 3. Pobremente diferenciado

- Anaplasia (Ausência de diferenciação) (fig)

Acentuado pleomorfismo + hipercromasia nuclear + mitoses atípicas (triploides, tetraploides), não sendo permitida a identificação da linhagem tumoral (carcinoma?, sarcoma?, de que origem?), sendo necessário estudo imuno-histológico.

 

Nomenclatura das Neoplasias Benignas e Malignas

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NEOPLASIAS BENIGNAS - “PAPILOMA ESCAMOSO” (epitélio não glandular)(fig) - ADENOMA (epitélio glandular) - FIBROMA (tecido conjuntivo propriamente dito)(fig.1 e fig.2) - LEIOMIOMA, LIOMIOMA (músculo liso)(fig)(fig.1) - LIPOMA (tecido adiposo)(fig.1, fig.2 e fig.3) - HIBERNOMA (tecido adiposo marrom)(fig.1, fig.2, fig.3)  - HEMANGIOMA (vaso sanguíneo)(fig) - LINFANGIOMA (vaso linfático)(fig.1 e fig.2)(fig.3 e fig.4) - CONDROMA (cartilagem)(fig) - OSTEOMA (osso)(fig.1 e fig.2) - RABDOMIOMA (músculo estriado) (fig.ipcccnetcode10.03.28) (fig.1 e fig.2) - NEVO MELANOCÍTICO (melanócitos)(fig) - SCHWANOMA(fig.1 e fig.2) (3) / NEUROFIBROMA(fig) (de nervo periférico). - “HIPERPLASIA LINFOIDE REATIVA”(fig) (não é neoplasia) - LEUCOCITOSE (hiperplasia não neoplásica de leucócitos) - TERATOMA(fig) (neoplasia com vários tecidos ecto-, endo-,    e, ou mesodérmicos) (MADUROS ou IMATUROS) - “GLIOMA BENIGNO" (células gliais do SNC) (oligodendroglioma, fig.1; fig. 2;     astrocitoma pilocítico, fig.1; fig.2 ♣) [Gliomas - grau I (OMS)]. - MENINGIOMA(fig) - HAMARTOMA(4) - CORISTOMA(5) (fig.1 e fig.2) - BLASTOMA BENIGNO(6)(fig.1 e fig.2)

NEOPLASIAS MALIGNAS - CARCINOMA EPIDERMOIDE (ESCAMOSO)(1)(fig) - ADENOCARCINOMA(fig) - FIBROSSARCOMA(2) - LEIOMIOSSARCOMA, LIOMIOSSARCOMA(fig) - LIPOSSARCOMA(fig)   - HEMANGIOSSARCOMA(fig.1)(fig.2) - LINFANGIOSSARCOMA - CONDROSSARCOMA(fig) - OSTEOSSARCOMA(fig) - RABDOMIOSSARCOMA(fig)(fig.1, fig.2, fig.3, fig.4, fig.5) - MELANOMA (fig.4) - SCHWANOMA MALIGNO / NEUROFIBROSSARCOMA - LINFOMA (tecidos linfóides)(fig.1) - LEUCEMIA(fig) - TERATOMA MALIGNO (com neoplasia maligna)(fig.1 e fig.2 e fig.3)   - “GLIOMA MALIGNO" [oligodendroglioma; astrocitoma    (fig.1; fig.2); glioblastoma (fig.1 e fig.2)] (fig)] (OMS baixo e alto graus) - MENINGIOMA MALIGNO - ---- - ---- - BLASTOMA MALIGNO(6)(fig.3)(fig.4)

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(1) Carcinoma (Grego: καρκίνωμα = de cancer + oma, tumor) = neoplasia maligna derivada de tecido epitelial.

(2) Sarcoma (Grego: σάρκωμα = excrescência carnosa, de sarx, carne + -oma, tumor) = neoplasia maligna de origem mesenquimal [tecidos conjuntivos (propriamente dito, adiposo, cartilaginoso, ósseo, sanguíneo/hemolinfopoético), muscular estriado, muscular liso, vascular (sanguíneo e linfático)]

(3) Sobre a História dos Epônimos do Schwanoma - Corpos de Verocay e Áreas Antoni A e Antoni B, leia em 1pdf  e 2pdf. E em: Ashish Sonig; Viraj Gandhi & Anil Nanda - From the Cell of Schwann to Schwannoma — a Century’s Fruition (3pdf). World Neurosurg 82(5):906-911, 2014.

(4) Hamartoma (Grego: hamartion = um defeito corporal + oma, tumor) = proliferação não neoplásica, anômala, de um tecido normalmente presente em um órgão, decorrente de um desenvolvimento defeituoso, que simula uma neoplasia, macroscopicamente e microscopicamente, porém sem apresentar o crescimento e o comportamento das neoplasias (e.g. hamartoma cartilaginoso no pulmão; hamartoma vascular nasal, etc).

(5) Coristoma (Grego: choristos, separado + - oma) = remanescente de tecido histologicamente normal, ectópico, em um órgão, como por exemplo: a cortical da adrenal no testículo; cartilagem no esôfago; tecido ósseo na língua; tecido pancreático no estômago, etc..

(6) Blastoma (Grego: βλάστωμα = blastós, germen; + oma, tumor) = neoplasia constituída de células indiferenciadas, imaturas, blásticas, podendo ser benigna ou maligna.

 ♣ Sobre as fibras de Rosenthal, observadas comumente no astrocitoma pilocítico, leia em Wippold II, F.J. et al. - Am J Neuroradiol 27:958– 61, 2006.pdf

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 © Departamento de Patologia. Faculdade de Medicina. Universidade Federal do Rio de Janeiro.