Traducción de la versión en Portugues para el Español: Google Translator, con revisón del Autor
El FGFR3 y el CNP en la placa de crecimiento del cartílago
En los últimos dos años, la gente de todo el mundo interesada en la búsqueda de terapias alternativas para las condrodisplasias relacionadas con mutaciones del receptor de factor de crecimiento de fibroblastos tipo 3 (FGFR3) y, especialmente para la acondroplasia, han prestado atención al análogo del péptido natriurético de tipo C (CNP) BMN -111, que se encuentra actualmente en desarrollo clínico como terapia potencial para la acondroplasia.
El FGFR3 se ha descrito como capaz de reducir la capacidad de los condrocitos para proliferar y madurar a un llamado estado de hipertrofia (1,2; también revisado aquí). El FGFR3 actúa a través de la activación de una serie de reacciones químicas controladas dentro de la célula, generalmente llamadas cascadas o vías (figura).
El CNP actúa inhibiendo una de las cascadas químicas más importantes desencadenadas por la activación del FGFR3, a través de la Ras-Raf-MEK-ERK (1.2, también revisado aquí). Estos acrónimos identifican un grupo de proteínas con propiedades químicas activas y por lo tanto llamadas enzimas (la ruta de las enzimas mitogen activated protein kinase o MAPK).
La cascada MAPK, cuando se activa el FGFR3 en los condrocitos, las principales células de la placa de crecimiento del cartílago, actúa como un freno en el proceso de crecimiento de los huesos y, por tanto el FGFR3 es un controlador negativo natural del crecimiento del hueso. Cuando el FGFR3 es hiperactivo, los condrocitos no pueden proliferar y madurar normalmente y se crea menos hueso, lo que resulta en huesos más cortos, especialmente los apendiculares (brazos y piernas). Ahora, usted tiene una idea de cómo una mutación activadora del FGFR3 conduce a una deficiencia de crecimiento óseo como se ve en la acondroplasia. Sin embargo, vamos a ver con más detalle cómo las cascadas de FGFR3 y CNP interactúan dentro de los condrocitos.
Cuando el CNP se une a su receptor, llamado NPR-B, en la membrana celular de los condrocitos, desencadena una cascada química que bloquea la cascada MAPK en el nivel de la enzima Raf (figura). En este caso, como enzimas las MAPK tienen la actividad reducida, los otros mecanismos que controlan el crecimiento de hueso son, al menos en parte, restaurados y los condrocitos de nuevo son libres para multiplicar y madurar, y el crecimiento óseo es rescatado. Esto es cierto en ratas y, presumiblemente, en otros modelos animales que han sido expuestos a el BMN-111. Actualmente no hay ningún artículo que describe el efecto de la administración de CNP en animales más grandes, pero se sabe que, durante una presentación pública en el que se anunció el programa de BMN-111, el desarollador de este análogo del CNP reveló que los monos expuestos a el crecieron más de lo esperado.
El mecanismo de crecimiento de los huesos es complejo
El crecimiento del hueso es un proceso complejo, donde los condrocitos en la placa de crecimiento del cartílago entran en un programa de cambios muy rápidos y dinámicos determinados por las reacciones causadas por moléculas locales o sistémicas (en su mayoría proteínas o péptidos). Al leer local, significa que la proteína o el agente es producido por las células de la placa de crecimiento o en las proximidades (por ejemplo el FGFR3, CNP, PTHrP, vea los artículos anteriores del blog para más detalles). Sistémico significa que el agente se produce lejos de la placa de crecimiento, como las hormonas de la paratiroide y pituitaria.
Un estudio muestra los efectos de CNP en el crecimiento del hueso desde otro punto de vista
Un reciente estudio de Ono y asociados (3) y publicado en Human Molecular Genetics, añade aún más complejidad a este proceso. Los autores describen la función de la proteína llamada neurofibromina, una proteína común presente en muchas células, los condrocitos. Su papel en los condrocitos no se entiende totalmente, como tambíen su importancia para el buen desarrollo de la placa de crecimiento. Los autores testaran un gran número de posibles conexiones que esta proteína podría tener con algunos de los otros agentes locales de crecimiento, incluyendo el FGFR3, CNP, IHH y PTHrP.
Lo relevante en este estudio, cuando se piensa en la acondroplasia?
Ellos encontraron que la neurofibromina ejerce su función reguladora en el desarrollo endocondral (eso es como los científicos citan el proceso por el cual los huesos largos crecen a través del desarrollo de la placa de crecimiento del cartílago, el endochondral development), que actúa como un inhibidor de la cascada MAPK activada por el FGFR3. La neurofibromina tiene algunas propiedades similares a otras enzimas llamadas GTPasas (el asa és un sufijo que describe una enzima) que, naturalmente, reducen la actividad de la enzima Ras, la primera enzima activada por FGFR3 en la cascada de MAPK. En este estudio, los investigadores demostraron que la acción de la neurofibromina es similar al efecto de CNP en la cascada MAPK (revisado aquí). Cuando testaran células sin la neurofibromin, condrocitos redujeron su capacidad de proliferación y maduración y los huesos crecieron menos, similar a lo que ocurre en los casos de mutaciones hiperactivas del FGFR3 . Cuando inyectaron CNP en animales que carecian de la neurofibromina, el crecimiento del hueso fue rescatado.
Por otra parte, observaron que los condrocitos mutantes (sin neurofibromina) también produjeron menos IHH, otro factor crítico para el crecimiento de cartílago y hueso, y que a su vez también es importante para la generación de la PTHrP. Sabemos que IHH y PTHrP son muy importantes para el buen desarrollo de la placa de crecimiento (4, también analizado en este artículo en el blog).
Uno podría pensar que la sobre-expresión (o exceso) de la neurofibromina podría rescatar el crecimiento de los huesos en la acondroplasia, pero sería muy difícil, ya que la proteína neurofibromina es universal y su desregulación (para más o menos) podría tener efectos indeseables en el individuo tratado. Sin embargo, este estudio aporta más una información valiosa, de como la MAPK actúa en los condrocitos.
En conclusión, este estudio examina y confirma, entre otros resultados relevantes, como el CNP actua en la placa de crecimiento, proporcionando más evidencia para su potencial uso en terapias para la acondroplasia.
Otros análogos de CNP en el horizonte?
Otra información relevante ofrecida en este estudio se relaciona con el tipo de CNP que los investigadores utilizaran para las pruebas. Eligieron un análogo distinto del CNP que llamaron NC-2. El NC-2 tiene una larga vida media en comparación con el CNP natural (~ 20h vs. ~ 3 min) y resulta de la combinación de una parte de la molécula del CNP con la parte básica de un anticuerpo (que llamamos de Fc de la inmunoglobulina G, IgG). Aún así no pudo encontrar más información acerca de este compuesto más allá de lo que se describe en el estudio de Ono y sus colegas, por lo que hay un montón de preguntas sobre el mismo. Pero, al menos, dos puntos son interesantes: con la estructura descrita en su trabajo, parece que el NC-2 es una molécula grande (mucho más grande que el CNP natural). Una vez que se mostró activo en las pruebas, cabe preguntarse si los investigadores observaron efectos tóxicos en animales de laboratorio o cualquier otra evidencia de efectos adversos en la larga exposición a NC-2. Por ejemplo, hay que recordar que el BMN-111, el otro analógo conocido del CNP, tiene una vida media de 20 minutos y provoca efectos leves en la presión arterial (5).
El otro punto es que la molécula llamada FP-1039 (6), que he mencionado en el artículo anterior deste blog, también comprende una porción Fc de IgG, por lo que es una molécula de gran tamaño. Desde que la CN-2 parece alcanzar la placa de crecimiento, sería interesante saber si el FP-1039 alançou también la placa de crecimiento en los experimentos durante las pruebas con este compuesto.
Las puertas se están abriendo.
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.
5. Kronemberg H. Developmental regulation of the growth plate. Nature 2003; 423: 332-6. Biomarin press release.
7. 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.
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