Novas evidências do mecanismo de ação do CNP na cadeia do FGFR3

O FGFR3 e o CNP na placa de crescimento da cartilagem

Nos últimos dois anos, no mundo inteiro pessoas interessadas ​​em encontrar alternativas terapêuticas para as condrodisplasias relacionadas à mutações do receptor de fator de crescimento de fibroblastos tipo 3 (FGFR3) e, especialmente, para a acondroplasia, têm prestado atenção ao análogo do peptídeo natriurético tipo C (CNP) BMN -111, que está atualmente em desenvolvimento clínico como uma terapia potencial para a acondroplasia.

 
O FGFR3 tem sido descrito como capaz de reduzir a capacidade dos condrócitos para proliferar e amadurecer a um estado chamado de hipertrofia (1,2; também revisto aqui). O FGFR3 atua através da ativação de uma série de reações químicas controladas no interior da célula, que costumamos denominar de cascatas ou vias (figura).

O CNP funciona inibindo uma das cascatas químicas mais importantes desencadeadas pela ativação do FGFR3, a via Ras-Raf-MEK-ERK (1,2; também comentado aqui). Estas siglas identificam um grupo de proteínas com propriedades químicas ativas e, por conseguinte, são chamadas enzimas (a via da mitogen activated protein kinase ou enzimas MAPK).

  A cascata MAPK, quando ativada pelo FGFR3 em condrócitos, a célula principal da placa de crescimento cartilaginosa, age como um freio no processo de crescimento ósseo e, assim, o FGFR3 é um controlador negativo natural do crescimento ósseo. Quando o FGFR3 está superativo, os condrócitos não podem multiplicar-se e amadurecer normalmente e menos tecido ósseo é criado, resultando em ossos mais curtos, especialmente os apendiculares (braços e pernas). Agora, você tem uma ideia de como uma mutação ativadora do FGFR3 leva à deficiência do crescimento ósseo vista na acondroplasia. Agora, vamos ver mais detalhadamente como as cascatas do FGFR3 e do CNP interagem dentro dos condrócitos.

 
Quando o CNP se liga ao seu receptor, chamado NPR-b, na membrana celular dos condrócitos, desencadeia uma cascata química que vai bloquear a cascata MAPK no nível da enzima Raf (figura). Neste caso, como as enzimas MAPK têm sua atividade reduzida, os outros mecanismos que controlam o crescimento do osso são, pelo menos parcialmente, restaurados, o condrócitos é novamente capaz de se multiplicar e amadurecer e o crescimento ósseo é resgatado. Isto é verdade em ratos e presumivelmente nos outros modelos de animais que foram expostos ao BMN-111. Atualmente não há nenhum artigo que descreva o efeito da administração do CNP em animais maiores, mas sabemos que, durante uma apresentação pública onde o programa BMN-111 foi anunciado, o desenvolvedor deste análogo do CNP revelou que macacos expostos cresceram mais que o esperado.

 

O mecanismo de crescimento ósseo é complexo

O crescimento ósseo é um processo muito complexo, onde os condrócitos na cartilagem da placa de crescimento entram em um programa rápido e extremamente dinâmico determinado pelos efeitos das reações causadas por moléculas locais e sistémicas (na maioria das vezes proteínas ou peptídeos). Quando você ler local, isso significa que a proteína ou o agente é produzido pelas células na placa de crescimento ou na vizinhança (por exemplo: FGFR3, CNP, PTHrP; veja os artigos anteriores do blog para mais detalhes). Sistêmico significa que o agente é produzido longe da placa de crescimento, tais como os hormônios da hipófise ou da paratiróide.
Um estudo mostra os efeitos do CNP no crescimento ósseo por outro ponto de vista

Um estudo recente, de Ono e colaboradores (3), e publicado na revista Human Molecular Genetics, adiciona mais complexidade a este processo. Os autores descrevem a função da proteína chamada neurofibromina, uma proteína comum, presente em várias células, nos condrócitos. O seu papel nos condrócitos não é completamente compreendido, bem como a sua relevância para o desenvolvimento apropriado da placa de crescimento. Os autores testaram um grande número de possíveis conexões que essa proteína poderia ter com alguns dos outros agentes de crescimento locais, entre eles o FGFR3, CNP, IHH e PTHrP.

O que é relevante neste estudo, quando se pensa em acondroplasia?

Eles descobriram que a neurofibromina exerce a sua função reguladora no desenvolvimento endocondral (é assim que os cientistas citam o processo pelo qual crescem os ossos longos, por meio do desenvolvimento da placa de crescimento da cartilagem, endochondral development), agindo como um inibidor da cascata MAPK do FGFR3 ativado. A neurofibromina tem algumas propriedades semelhantes a de outras enzimas denominadas GTPases (o sufixo ase descreve uma enzima) que reduzem naturalmente a atividade da enzima Ras, a primeira enzima ativada pelo FGFR3 na cascata MAPK. Neste estudo, os investigadores demonstraram que a ação da neurofibromina é semelhante ao efeito do CNP na cascata MAPK (revista aqui). Quando eles tiraram a neurofibromina das células, os condrócitos reduziram a sua proliferação e capacidade de maturação e os ossos cresceram menos, à semelhança do que acontece nos casos de mutações hiperativas do FGFR3. Quando eles injetaram CNP nos animais carentes de neurofibromina, o crescimento ósseo foi resgatado.

Além disso, observaram que os condrócitos mutantes (sem neurofibromina), também produziam menos a IHH, outro fator fundamental para o crescimento da cartilagem e do osso, e que por sua vez também é importante para a geração de PTHrP. Sabemos que IHH e PTHrP são muito importantes para o bom desenvolvimento da placa de crescimento (4; também revisto neste artigo do blog).

Poderíamos pensar que a superexpressão (ou superprodução) de neurofibromina poderia resgatar o crescimento ósseo na acondroplasia, mas isso seria muito difícil, já que a neurofibromina é uma proteína universal e sua desregulação (para mais ou para menos) poderia trazer efeitos indesejados ao indivíduo tratado. No entanto, este estudo traz à tona mais informações valiosas sobre como a MAPK atua nos condrócitos.
Para concluir, este estudo examina e confirma, entre outros resultados relevantes, como o CNP trabalha na placa de crescimento, trazendo mais evidências para seu uso em terapias potenciais para a acondroplasia.

Outros análogos do CNP no horizonte?

Outra informação relevante oferecida neste estudo está relacionada com o tipo de CNP que os investigadores utilizaram para realizar os testes. Eles escolheram um análogo diferente do CNP que eles chamaram de NC-2. O NC-2 tem uma meia-vida muito longa em comparação com o CNP (~ 20h vs. ~ 3 min) e é o resultado da montagem de uma parte da molécula do CNP com a parte básica de um anticorpo (que chamamos de parte Fc de uma imunoglobulina G, IgG). Ainda não consegui encontrar mais informações sobre este composto além do que está descrito no estudo de Ono e colaboradores, por isso há muitas perguntas a fazer sobre ele. Mas, pelo menos dois pontos são interessantes: com a estrutura descrita no seu trabalho, parece que o NC-2 é uma molécula grande (bem maior do que o CNP natural). Uma vez que ele mostrou funcionar nos testes realizados, pode-se perguntar se os pesquisadores observaram quaisquer efeitos tóxicos nos animais testados ou qualquer outra evidência de efeitos indesejáveis ​​sob a longa exposição ao NC-2. Por exemplo, é preciso lembrar que o BMN-111, o outro conhecido análogo do CNP, tem uma meia-vida de 20 minutos e provoca efeitos leves na pressão arterial (5).

O outro ponto é que a molécula chamada de FP-1039 (6), que mencionei no artigo anterior do blog, também é composta por uma parte Fc da IgG, e assim também é uma molécula grande. Já que o NC-2 parece atingir a placa de crescimento, seria interessante saber se o FP-1039 também alançou a placa de crescimento nas experiências feitas durante os testes com este composto.

Portas estão se abrindo.

Referências

1. Horton W. Molecular pathogenesis of achondroplasia. GGH 2006; 22 (4): 49-54. 
2. Foldynova-Trantirkova S et al. Sixteen years and counting: the current understanding of fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) signaling in skeletal dysplasias. Hum Mutat 2012; 33:29–41.
3. Ono K et al. The Ras-GTPase activity of neurofibromin restrains ERK-dependent FGFR signaling during endochondral bone formation. Hum Mol Genet 2013; 22(15): 3048–62. doi: 10.1093/hmg/ddt162.
4. Kronemberg H. Developmental regulation of the growth plate. Nature 2003; 423: 332-6.
5. Biomarin press release.  
6. Harding TC et al. Blockade of nonhormonal fibroblast growth factors by FP-1039 inhibits growth of multiple types of cancer. Sci Transl Med 2013;5:178ra39. 

New evidence of the mechanism of action of CNP in the FGFR3 pathway

FGFR3 and CNP in the cartilage growth plate

In the last two years, people all over the world interested in finding therapeutic alternatives for fibroblast growth factor receptor type 3 (FGFR3) related chondrodysplasias, and especially achondroplasia, have been paying strong attention to the C-type natriuretic peptide (CNP) analogue BMN-111, which is currently under clinical development as a potential therapy for achondroplasia.

FGFR3 has been showed to work by reducing the capacity of chondrocytes to proliferate and mature to a state called hypertrophy (1,2; also reviewed here). It does so by turning on a series of controlled chemical reactions inside the cell, which we use to call cascades or pathways (figure).  

CNP works by inhibiting one of the most important chemical cascades triggered by the activation of FGFR3, the Ras-Raf-MEK-ERK pathway (1,2; also reviewed here). These acronyms stand for a group of proteins with active chemical properties and therefore called enzymes (the mitogen-activated protein kinase or MAPK enzymes).

The MAPK cascade, when turned on by FGFR3 in chondrocytes, the core cell of the cartilage growth plate, acts like a brake in the bone growth process, so FGFR3 is a natural negative controller of bone growth. When FGFR3 is overactive, chondrocytes can’t multiply and mature normally and less bony tissue is created, resulting in shorter bones, specially the apendicular ones (arms and legs). So, you can figure out how having a mutation in FGFR3 making it more active than normal causes the bone growth impairment seen in achondroplasia. Now, let’s see in more detail how FGFR3 and CNP cascades interact inside the chondrocyte.

When CNP binds to its receptor called NPR-b at the chondrocyte cell membrane it triggers another chemical cascade that will block the MAPK cascade at the level of the enzyme Raf (figure). In this case, as the MAPK enzymes had their activity reduced, the other mechanisms that control the bone growth are at least partially restored, the chondrocyte is again able to multiply and mature in increased numbers and the bone growth is rescued. This is true in mice and presumably in the other animal models which have been exposed to BMN-111. Currently there is no paper describing the effect of CNP administration in larger animals but we know that, during a public presentation where the BMN-111 program was announced, the developer of this CNP analogue revealed that exposed monkeys grew more than expected.

The bone growth mechanism is complex

The bone growth is a very complex process, where the chondrocytes within the growth plate cartilage will endure a fast and extremely dynamic program determined by the effects of reactions caused by local and systemic molecules (most of the times proteins or peptides). When you read local this means that the protein or the agent is produced by the cells in the growth plate or surroundings (for instance, FGFR3, CNP, PTHrP; look at previous articles of the blog for more details). Systemic means the agent is produced far away from the growth plate, such as the pituitary hormones or the parathyroid hormone.

A study shows another view of CNP effects in bone growth

A recent study, authored by Ono and colleagues (3), and published in Human Molecular Genetics adds more complexity to this process. The authors describe the function of a common protein present in many cells and called neurofibromin, in the chondrocyte. Its role in the chondrocyte is not completely understood as well its relevance for the appropriate development of the growth plate. The authors tested a large number of possible connections this protein could have with some of the other local growth players, among them FGFR3, CNP, IHH and PTHrP.

What is relevant in this study, when thinking in achondroplasia?

They found that neurofibromin exerts its regulatory role in the endochondral development (this is how scientists name the process by which the long bones grow, through the cartilage growth plate development) acting as an inhibitor of the FGFR3-activated MAPK cascade. Neurofibromin has some properties similar to other enzymes called GTPases (the suffix ase describes an enzyme) that naturally reduce the activity of Ras, the first enzyme triggered by FGFR3 in the MAPK cascade. In this study, the researchers showed that neurofibromin action resembles the effect of CNP in the MAPK cascade (reviewed here). When they took out neurofibromin, the chondrocytes reduced their proliferation and maturation rates and the bones grew less, similarly to what happens in FGFR3 overactive mutations. When they injected CNP in the animals lacking neurofibromin, the bone growth was rescued.

Furthermore, they observed that in mutant chondrocytes (no neurofibromin), there was also less expression (production) of IHH, another fundamental factor for cartilage and bone growth, which in turn is also important for the generation of PTHrP . We know that IHH and PTHrP are very important for the proper development of the growth plate (4; also reviewed in this article of the blog).

One could think that overexpression (or superproduction) of neurofibromin could rescue the bone growth in achondroplasia, but this would be very difficult, since neurofibomin is an universal protein and its disregulation (up or down) could bring undesired effects in the treated individual. However, this study brings to light more valuable information on how MAPK acts in the chondrocyte.

In conclusion, this study examines and confirms among other relevant findings, how CNP works in the growth plate, giving more evidence for its use in potential therapies for achondroplasia.

Other analogues of CNP in the horizon?

Another relevant information given in this study is related to the kind of CNP the researchers used to perform their tests. They chose a distinct CNP analogue which they called NC-2. NC-2 has a very long half life compared to CNP (~20h vs. ~3 min) and is the result of the assemblage of part of the CNP molecule to the basic part of an antibody (what is called the Fc part of an immunoglobulin G, IgG). I couldn’t find more information about this compound beyond what is described in the paper by Ono and colleagues, so there are many questions to ask about it. But at least two points are interesting: with the structure described in their work, it looks like NC-2 is a large molecule (larger than the natural CNP). Since it showed to work in their tests, one could ask if the researchers noticed any toxic effects in the tested animals or any other evidence of undesired effects under the long exposure to NC-2. For instance, we must take in account that the other known CNP analogue BMN-111 has a half-life of 20 min and causes mild effects in the blood pressure (5).

The other point is that the compound called FP-1039 (6), which I mentioned in the previous article of the blog, is also composed by a Fc part of the IgG, so also a larger molecule. Since NC-2 seems to reach the growth plate, it would be interesting to learn if FP-1039 also reached the growth plate in the experiments done during the tests with this compound.

Doors are opening.


References

1. Horton W. Molecular pathogenesis of achondroplasia. GGH 2006; 22 (4): 49-54. 
2. Foldynova-Trantirkova S et al. Sixteen years and counting: the current understanding of fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) signaling in skeletal dysplasias. Hum Mutat 2012; 33:29–41.
3. Ono K et al. The Ras-GTPase activity of neurofibromin restrains ERK-dependent FGFR signaling during endochondral bone formation. Hum Mol Genet 2013; 22(15): 3048–62. doi: 10.1093/hmg/ddt162.
4. Kronemberg H. Developmental regulation of the growth plate. Nature 2003; 423: 332-6.
5. Biomarin press release.  
6. Harding TC et al. Blockade of nonhormonal fibroblast growth factors by FP-1039 inhibits growth of multiple types of cancer. Sci Transl Med 2013;5:178ra39. 

 

La captura de factores de crecimiento de fibroblastos para tratar el cancer. Esta estrategia podría usarse para tratar la acondroplasia?

Traducción para el Español de la versión en Portugués: Google Translator, con revisión del Autor

Introducción

Las células de nuestro cuerpo, independientemente del órgano o tejido al que pertenecen, obedecen a una especie de Constitución: se comportan de acuerdo con un programa muy estricto a multiplicarse, ejercer sus funciones y morir. Las células cancerosas son células que han perdido su identidad y no respetan estas reglas naturales y se convierten en bandidos. Alteran el orden natural, abusando de la misma energía que las células normales utilizan, las reacciones químicas resultantes de la infinidad de interacciones entre miles de proteínas (enzimas) y otros compuestos que almacenan la energía que nuestro cuerpo crea para seguir trabajando. Podemos decir que utilizan estas líneas de fuerza de voluntad y esta capacidad es una manera de definirlas. Líneas eléctricas celulares, como se mencionó anteriormente, están hechas de reacciones químicas en cascadas de enzimas organizadas, provocadas por una especie de dedo tocando el interruptor de la luz en la pared de la habitación.

 
El interruptor está en la pared como un receptor celular, como nuestro familiar receptor de factor de crecimiento fibroblástico tipo 3 (FGFR3). Un FGF (llamado ligante, del inglés ligand) se adhiere a la parte exterior del FGFR3 e inicia una cascada de reacciones dentro de la célula. Usted toca el interruptor de pared y la luz se enciende.

 Si se corta la energía, la luminaria no se enciende

La célula cancerosa utiliza una gran cantidad de receptores para administrar su energía y mantener su crecimiento. En este contexto, la cascada de señalización de FGF-FGFR ha sido identificada como un importante medio a través del cual los diversos tipos de células cancerosas son capaces de multiplicarse y crecer. Hemos comentado aquí en el blog acerca de algunos de estos tipos de cáncer que utilizan el FGFR3 para quedarse, sobrevivir y crecer (mieloma múltiple y cáncer de vejiga son sólo dos ejemplos).

Después de haber establecido el papel de FGFRs en la progresión del cáncer, diferentes tipos de estrategias destinadas a bloquear esta familia de enzimas y vencer estos tipos de cáncer se están desarrollando. De hecho, hay por lo menos dos anticuerpos contra el FGFR3 en desarrollo y varios inhibidores de la tirosina quinasa (fármacos bloqueantes de enzimas) en ensayos clínicos o que ya están disponibles para combatir el cáncer asociado con FGFRs. Estos medicamentos atacan directamente al receptor (FGFR3), como usted puede recordar de otros artículos del blog. Si el receptor está bloqueado, los FGFs no pueden estimular la proliferación celular y las células cancerosas pierden su capacidad para proliferar y / o sobrevivir.

Un anticuerpo se une al exterior del receptor y no permite
el ligante únase a él tal como una cinta previne el dedo de accionar el interruptor.

Otra forma de bloquear la activación de los receptores 

Hace unos años, una compañía de biotecnología (FivePrime, San Francisco, CA, EE.UU.) ha estado trabajando en una estrategia que no se dirige al receptor, pero al ligante. El FivePrime ha desarrollado una molécula llamada FP-1039 en el que combina la parte extracelular del FGFR1, otra enzima de la familia FGFR, con la fracción pesada de una inmunoglobulina G (o, en otras palabras, la parte básica de un anticuerpo). El objetivo de esta estrategia es para capturar FGFs circulantes antes de que sean capaces de unirse al FGFR, bloqueando así la capacidad de las células cancerosas de utilizar esta línea de alimentación para mantener el crecimiento. Un dato importante es que el FP-1039 está diseñado para capturar sólo los FGFs que tienen más afinidad con FGFR1. Esto es relevante porque, entre los 23 FGFs que han sido identificados, algunos no pueden ser bloqueados en el riesgo de causar efectos adversos graves. Este compuesto fue como un receptor para FGFs  con afinidad más para el FGFR1, pero como no está fijo a la membrana de la célula sería capaz de capturar los ligantes cercanos y competir con el receptor como un cebo o trampa.

Sus experimentos, publicados recientemente en Science Translational Medicine (1) han demostrado que las células cancerosas que producen o sobre producen el FGFR1 mutado y también FGFR2 mueren cuando el FP-1039 se introduce en el ambiente en el que se producen.

Modelos de rata, portadores de tumores humanos en el cuales hay producción  de FGFR1 o FGFR2, también respondieron positivamente al tratamiento con PF-1039. Curiosamente, los científicos se han dado cuenta que no todos los tipos de tejidos enfermos que llevan mutaciones en FGFR1 fueron sensibles a este compuesto. Por lo tanto, también se hicieron pruebas para identificar los tipos de tumores que son más propensos a responder al tratamiento y se encontró que estos también tienden a co-producir de manera significativa (dicen expresar) FGFR3. También se ha llevado a cabo un ensayo clínico de fase 1 (2; NCT00687505), que se hace referencia en este artículo reciente.

Parece convincente. La idea es simple: si usted no puede usar su dedo para girar el interruptor, la lámpara se queda apagada, ¿verdad? Esto sería muy deseable en condiciones en las que el conmutador (el receptor) es muy activo, por ejemplo, en la acondroplasia.

Sin embargo, las cosas no son tan simples y hay dudas en cuanto a la forma del FP-1039 actúa. En 2011, en una entrevista a una otra revista (3) el Dr. Moosa Mohammadi (véase el siguiente enlace a su página) señaló que una de las características del FGFs objetivos del FP-1039 es que por lo general no se mueven libremente a través de cuerpo. El estudio de las interacciones entre los FGF y sus receptores mostraran que se mantienen como que ya atrapados en la vecindad de sus receptores por otro grupo de moléculas presentes en la matriz extracelular (intersticio), los proteoglicanos asociado a heparán sulfato (HSPG). El cartílago de crecimiento es rico en HSPGs. Dado este modelo estructural, Dr. Mohammadi ha cuestionado que el modo de acción del FP-1039 podría ser menos específico (o no exactamente focalizando los FGFs). Una hipótesis es que el FP-1039 estaría compitiendo con FGFs por los HSPGs. Sin HSPGs, el FGFR no se puede activar. A pesar de estas dudas, el FP-1039 ha demostrado que funciona en modelos de cáncer probados.

Una estrategia de este tipo podría ser utilizada para tratar la acondroplasia?


En teoría, la respuesta es sí. El mismo principio que justifica su uso en el cáncer que abusan de la señalización del FGFR1 o FGFR2 se aplica a situaciones en las que el FGFR3 es el objetivo. Es importante saber que estos FGFs que se unen a FGFR1 se unen también al FGFR3. Si los ligantes están aprisionados, el receptor permanece desactivado y no señala o ejerce sus funciones en la actividad celular. En una condición como la acondroplasia, donde sólo queremos detener el receptor, esta podría ser una posible solución.

La cuestión aquí es una vez más tener una molécula como el FP-1039 a prueba en modelos animales que llevan la mutación del FGFR3 presente en la acondroplasia. El perfil de toxicidad de este compuesto en particular está, ahora, básicamente entendido (recuerde, el trabajo preclínico ya se ha hecho, y también el primero ensayo clínico), entonces lo primero es ver si funcionaría en un modelo animal. Posiblemente en estudios previos para el cáncer, los científicos que trabajan con él ya podrían haber identificado la respuesta del FGFR3 a la droga: las placas de crecimiento en ratas nunca se cierran definitivamente, por lo que un efecto residual del fármaco se podría observar en los animales de ensayo si los investigadores prestaron atención a este patrón. En otras palabras, es posible que los animales de ensayo hayan demostrado un mayor crecimiento durante los ensayos con medicación experimental.

Referencias

1. Harding TC et al. Blockade of nonhormonal fibroblast growth factors by FP-1039 inhibits growth of multiple types of cancer. Sci Transl Med 2013;5:178ra39.

2. Tolcher A et al. Preliminary results of a dose escalation study of the fibroblast growth factor (FGF) “trap” FP-1039 (FGFR1:Fc) in patients with advanced malignancies. 22nd EORTC-NCI-ACR symposium on molecular targets and cancer therapeutics november 16-19, 2010. Berlin, Germany.

3. News and analysis. Deal watch: HGS and FivePrime in FGF 'ligand trap' deal. Nat Rev Drug Discov 2011;10(5):328.

Captura de fatores de crescimento de fibroblastos para tratar o câncer. Esta estratégia poderia ser utilizada para tratar a acondroplasia?

Introdução

As células do nosso corpo, independentemente do órgão ou tecido a que pertencem, respeitam uma espécie de Constituição: elas se comportam de acordo com um programa muito rigoroso para multiplicar-se, exercer suas funções e morrer. As células cancerígenas são células que perderam sua identidade e não respeitam essas regras naturais, tornam-se foras-da-lei. Elas perturbam a ordem natural abusando da mesma energia que as células normais utilizam, as reações químicas decorrentes da miríade de interações entre as milhares de proteínas (enzimas) e outros compostos que armazenam a energia que nosso corpo cria para manter-se funcionando. Podemos dizer que elas usam essas linhas de força à vontade e esta capacidade é um modo de defini-las. As linhas de energia celular, como mencionado acima, são feitas de reações químicas organizadas em cascatas de enzimas, desencadeadas por uma espécie de dedo tocando o interruptor de luz na parede da sala.

 O interruptor na parede é como um receptor celular, tal qual o nosso familiar receptor de fator de crescimento de fibroblastos do tipo 3 (FGFR3). Um FGF (chamamos de ligante) adere à parte externa do FGFR3 e inicia uma cascata de reações dentro da célula. Você toca o interruptor da parede e a lâmpada acende.
 

Se você cortar a energia a lâmpada não acenderá

A célula cancerígena utiliza uma grande quantidade de receptores para gerenciar sua energia e manter o seu crescimento. Neste contexto, a cascata de sinalização FGF-FGFR já foi identificada como sendo um meio importante através do qual vários tipos de células cancerígenas são capazes de se multiplicar e de se desenvolver. Já comentamos aqui no blog sobre alguns desses tipos de câncer que usam o FGFR3 para se manter, sobreviver e crescer (mieloma múltiplo e câncer de bexiga são apenas dois exemplos).

Tendo estabelecido o papel dos FGFRs na progressão do câncer, várias estratégias diferentes com o objetivo de bloquear essa família de enzimas e vencer esses cânceres estão sendo desenvolvidas. De fato, há pelo menos dois anticorpos contra o FGFR3 em desenvolvimento e vários inibidores de tirosinoquinase (drogas bloqueadoras de enzimas) em estudos clínicos ou já disponíveis para combater o câncer associado aos FGFRs. Estes medicamentos visam diretamente o receptor (o FGFR3), como você pode se lembrar de outros artigos do blog. Se o receptor for bloqueado, os FGFs não podem estimular a célula a proliferar e as células cancerígenas perdem a capacidade de proliferar e / ou sobreviver.

Um anticorpo liga-se à parte externa do receptor e não permite que o ligante acople, como uma fita impedindo o dedo de ligar o interruptor.

Outra maneira de bloquear a ativação dos receptores

 Há alguns anos, uma empresa de biotecnologia (FivePrime, San Francisco, CA, EUA) vem trabalhando em uma estratégia que não visa o receptor, mas o ligante. A FivePrime desenvolveu uma molécula chamada FP-1039 na qual combinou a parte externa do FGFR1, uma outra enzima da família FGFR, com a fração pesada de uma imunoglobulina G (ou, em outras palavras, a parte básica de um anticorpo). O objetivo desta estratégia é o de capturar os FGFs circulantes antes que eles sejam capazes de se ligar ao FGFR, bloqueando assim a capacidade da célula de câncer de usar esta linha de energia para manter o crescimento. Um dado importante é que o FP-1039 foi concebido para capturar apenas os FGFs que têm mais afinidade com o FGFR1. Isso é relevante porque, entre os 23 FGFs já identificados, alguns não podem ser bloqueados sob o risco de se causar eventos adversos graves. Este composto seria como um receptor para os FGFs com mais afinidade pelo FGFR1, mas como não está fixado à membrana da célula seria capaz de prender os ligantes próximos, competindo com o receptor, como um chamariz ou armadilha.

Suas experiências, publicadas recentemente na Science Translational Medicine (1), têm demonstrado que as células cancerígenas que produzem um FGFR1 mutado ou que superproduzem o receptor e também o FGFR2 morrem quando a FP-1039 é introduzida no meio onde são cultivadas.

Modelos de ratos, portadores de tumores humanos onde o FGFR1 ou o FGFR2 são produzidos, também responderam positivamente ao tratamento com a FP-1039. É interessante notar que os cientistas perceberam que nem todos os tipos de tecidos doentes que ostentam mutações do FGFR1 eram sensíveis a este composto. Por isso, eles também fizeram testes para identificar que tipo de tumor seriam mais propensos a responder ao tratamento e descobriram que esses também tendem a co-produzir significativamente (eles dizem expressar) FGFR3. Eles já realizaram um ensaio clínico de fase 1 (2; NCT00687505), que é referido nesse recente artigo.

Parece convincente. A idéia é simples: se você não pode usar o dedo para ligar o interruptor, a lâmpada fica desligada, não é? Isto seria muito desejável em condições em que o interruptor (o receptor) são muito ativos, como por exemplo na acondroplasia.

No entanto, as coisas não são tão simples e há dúvidas quanto ao modo como a FP-1039 age. Em 2011, em uma entrevista para uma outra revista (3) o Dr. Moosa Mohammadi (veja o link ao lado para a página dele) apontou que uma das características dos FGFs-alvo da FP-1039 é que eles não costumam circular livremente pelo corpo. O estudo das interacções entre os FGFs e seus receptores mostrou que eles são mantidos como que aprisionados na vizinhança dos seus receptores por um outro grupo de moléculas presentes na matriz celular (interstício), os proteoglicanos associados a sulfato de heparan (HSPGs). As cartilagens de crescimento são ricas em HSPGs. Dado este padrão estrutural, Dr. Mohammadi questionava que o modo de ação da FP-1039 poderia ser menos específico (ou não exatamente visando os FGFs). Uma hipótese seria a de que a FP-1039 estaria competindo com FGFs pelos HSPGs. Sem HSPGs, o FGFR não pode ser ativado. Apesar dessas dúvidas, a FP-1039 tem demonstrado que funciona nos modelos de câncer testados.

Poderia uma estratégia como esta ser usada para tratar a acondroplasia?

Em teoria, a resposta é sim. O mesmo princípio que justifica seu uso no câncer que abusa da sinalização do FGFR1 ou FGFR2 é válido para as situações em que o FGFR3 é o alvo. É importante saber que os mesmos FGFs que se ligam ao FGFR1 se ligam ao FGFR3. Se os ligantes estão aprisonados, o receptor continua desativado e não sinaliza ou exerce os seus papéis na atividade celular. Em uma condição como a acondroplasia, onde só queremos parar o receptor, esta poderia ser uma possível solução.

A questão aqui é mais uma vez ter uma molécula como a FP-1039 testada em modelos animais que carreguem a mutação do FGFR3 presente na acondroplasia. O perfil de toxicidade deste composto em particular já está basicamente entendido (lembre-se, o trabalho pré-clínico já foi feito, bem como o primeiro estudo clínico), então a primeira coisa é verificar se ele iria funcionar em um modelo animal. Talvez, nos estudos já realizados para o câncer, os cientistas que trabalham com ele já poderiam ter identificado uma resposta do FGFR3 à droga: as placas de crescimento em ratos nunca fecham definitivamente, portanto, um efeito residual da droga poderia ser observado nos animais testados, se os pesquisadores prestaram atenção a este padrão. Em outras palavras, é possível que os animais testados tivessem mostrado crescimento adicional durante os testes com a medicação exeprimental.

Referências

1. Harding TC et al. Blockade of nonhormonal fibroblast growth factors by FP-1039 inhibits growth of multiple types of cancer. Sci Transl Med 2013;5:178ra39.

2. Tolcher A et al. Preliminary results of a dose escalation study of the fibroblast growth factor (FGF) “trap” FP-1039 (FGFR1:Fc) in patients with advanced malignancies. 22nd EORTC-NCI-ACR symposium on molecular targets and cancer therapeutics november 16-19, 2010. Berlin, Germany.

3. News and analysis. Deal watch: HGS and FivePrime in FGF 'ligand trap' deal. Nat Rev Drug Discov 2011;10(5):328.