Bloqueando la vía MAPK para tratar la acondroplasia

Traducción: Maria Cristina Terceros  
Introducción

Cuando comencé a escribir este artículo, pensé en ir directamente al punto: vamos a hablar inmediatamente sobre el interesante estudio relacionado con la inhibición de la MAPK en las placas de crecimiento de ratones.

Pero después recordé el objetivo de este blog, que es el de compartir información sobre potenciales terapias para la acondroplasia con personas que no siempre están familiarizadas con el vocabulario técnico. Los antiguos lectores de este blog pueden reclamar con alguna razón… ¡Oh, no! Él está repitiendo todo de nuevo… Pido disculpas, también hay algunos eventuales visitantes que están leyendo por primera vez un artículo, y me parece que el blog es para ellos también. Es por eso que vamos a comenzar con un resumen básico y breve sobre la acondroplasia. Y, para finalizar, siempre intento incluir algo nuevo en los artículos.
 
La causa de la acondroplasia

La acondroplasia se debe a un único error (una mutación) en la estructura del gen que codifica (guarda la información para producir) una proteína llamada receptor del factor de crecimiento del fibroblasto 3 (FGFR3). La mutación del gen provoca la substitución de un único aminoácido en la cadena de esta proteína. Este único cambio, técnicamente denominado G380R, la substitución de un aminoácido denominado glicina por otro denominado arginina, hace al FGFR3 más activo que lo normal y produce las características clínicas de la acondroplasia. (1)

A pesar de que tiene importancia clave durante el desarrollo de la nueva vida en el útero, después del nacimiento, el FGFR3 se produce de una manera relevante casi por apenas un único tipo de células, los condrocitos de las placas de crecimiento, estrechas zonas bastante especializadas, que se encuentran localizadas en las extremidades de los huesos largos (Figura 1). Esas regiones son donde el crecimiento óseo sucede durante la infancia y la pubertad. Cuando el individuo alcanza una marca específica de su propio reloj biológico, al final de la pubertad, las placas de crecimiento se cierran y el individuo para de crecer.

Figura 1. Áreas de la placa de crecimiento

Naski MC & Ornitz DM. Frontiers of Bioscence 1998

El FGFR3 en acción

El FGFR3 es una proteína activa, por eso es también llamada enzima. Una enzima es un tipo de mensajero eléctrico, el cual transporta señales desde y hacia la célula, para permitir que responda al ambiente o a las propias necesidades. El FGFR3 se encuentra normalmente activado solamente por un pequeño número de FGFs presentes en el tejido de la placa de crecimiento (la matriz extracelular) y funciona en los condrocitos reduciendo la velocidad con que esas células se multiplican y maduran. (1) Sin el FGFR3 los huesos crecen excesivamente, y problemas de desarrollo también aparecen. (2,3) El blog contiene otros artículos de revisión sobre la manera de actuar del FGFR3. Solamente se tiene que visitar el índice en la página de su idioma de preferencia presionando en el botón respectivo en lo alto de esta página.

El FGFR3 actúa conjuntamente con otras enzimas para ejercer sus efectos, a través de lo que denominamos cascadas o vías de señalización. En los condrocitos, el FGFR3 puede activar varias cascadas, pero se hace cada vez más evidente, de acuerdo con varios estudios, que la cascada denominada proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK) es fundamental para las consecuencias clínicas en la acondroplasia (Figura 2). (Leer la ref.1 para hacer una buena revisión).

Figura 2. La vía FGFR3- MAPK (ERK) en los condrocitos

La paradoja de la MAPK

Si está siguiendo la secuencia de artículos del blog ya debe haber leído sobre la acción paradójica de la MAPK en los condrocitos: mientras en prácticamente todas las demás células la cascada MAPK es un gatillo de crecimiento, en los condrocitos ella inhibe el crecimiento celular. (4; visitar los dos últimos artículos de la serie del blog). Aquí, podemos detenernos un momento y preguntar: si la señalización de la MAPK es responsable por inhibir el crecimiento óseo en la acondroplasia, ¿podemos tratar la acondroplasia usando drogas contra la cascada MAPK? Vamos a ver.

MAPK en la acondroplasia

Como dije anteriormente, existen evidencias acumuladas que muestran que la inhibición de la vía MAPK puede restaurar, por lo menos parcialmente, el crecimiento óseo en las displasias asociadas al FGFR3. La evidencia viene, por ejemplo, a partir de los diferentes estudios realizados con el péptido natriurético tipo C (CNP) y su análogo, el BMN-111. (5-9)

El CNP es un regulador natural de la actividad del FGFR3 en los condrocitos, reduciendo los efectos de la señalización del FGFR3. El CNP funciona precisamente inhibiendo la enzima RAF en el inicio de la vía MAPK (Figura 3). (5)

Figura 3. Las vías del FGFR3 y del CNP

Sin embargo, el CNP es apenas un posible abordaje que puede ser utilizado para inhibir la vía de la MAPK en la acondroplasia. Otra estrategia podría ser el uso de drogas actualmente en desarrollo químico, o ya aprobadas para el tratamiento en algunas formas de cáncer. ¿Será esto posible?

Inhibiendo a la MAPK en el cáncer

Aprovechando la señal principal en la vía MAPK (la instrucción para crecer y sobrevivir), varios tipos de cáncer usan esta cadena para crecer a través de diversos mecanismos, como ser:

Aumentando la producción de varias enzimas receptoras diferentes, como el FGFR3, que usan la MAPK para conducir señales. Los científicos dan a eso el nombre de súper expresión o amplificación. Contar con más receptores en la pared celular es una ventaja para la célula que quiere multiplicar;
Produciendo enzimas mutantes y hiperactivas. Recordemos que en el último artículo mencioné que algunos tipos de cáncer adquieren la habilidad de producir una forma mutante del FGFR3 asociada a la displasia tanatofórica que lo hace siempre activo. Las mutaciones también pueden darse en cualquier enzima de la cascada MAPK para hacerla más activa de lo normal.
 
Un buen ejemplo de cómo las células cancerígenas son “inteligentes y listas” viene del melanoma. Este tipo agresivo de cáncer de piel muchas veces sufre una mutación en la RAF, denominada V600E, lo que hace más fácil el rápido crecimiento, ya que la RAF mutada funciona sin necesidad de un estímulo extracelular. (10) Los investigadores comenzaron a testear diferentes compuestos contra la RAF años atrás, y actualmente drogas que inhiben a la RAF, como el vemurafenib, ya son aprobadas para el tratamiento del melanoma. (11)

Sin embargo, el melanoma es tan adaptable que después de algún tiempo respondiendo al tratamiento con un anti-RAF, se hace resistente a la droga. Es por eso que, para lidiar con esta situación, existen nuevas estrategias que añaden un anti-MEK al inhibidor de la RAF para tratar el melanoma. (12,13).

Proyectados para "atacar" componentes de la cascada MAPK, esos nuevos medicamentos potenciales son cualificados de acuerdo con sus objetivos, es por eso que medicamentos contra la RAF son llamados inhibidores de la RAF y medicamentos contra la MEK son llamados de inhibidores de la MEK (Tabla 1). Veremos que los más avanzados en el desarrollo clínico o que ya se encuentran aprobados adoptan nombres incluyendo sus objetivos, así siendo: vemuRAFenib, dabRAFenib y soRAFenib son inhibidores de la RAF o anti-RAF y traMEtinib y soluMEtinib son inhibidores de la MEK o anti-MEK.

Tabla 1. Una lista de inhibidores de la RAF y de la MEK disponibles para tests de laboratorio o en desarrollo clínico

La lista no es completa. Algunos de estos compuestos no son específicos para MEK o para RAF. 
Fuente: Santa Cruz Biochemicals, Ref 14

Inhibiendo la MAPK para tratar la acondroplasia

Entonces, si existen medicamentos aprobados para el tratamiento de algunos tipos de cáncer que se benefician de la función pro-proliferación de la MAPK, ¿por qué no podríamos probarlos, testearlos en la acondroplasia? ¿Es esto posible? ¿Cuáles son los riesgos? ¿Cuáles serían los desafíos para estimular a la industria farmacéutica a que explore esta estrategia?

Drogas nuevas y antiguas en el cáncer

El cáncer es una enfermedad devastadora. Las células cancerígenas crecen descontroladamente y invaden el vecindario, pueden perjudicar la función de un órgano o de un tejido, compiten por nutrientes y por energía y, si se deja sin ninguna intervención, llevan al organismo a la muerte.

En estas circunstancias, no es difícil entender por qué tratamientos agresivos y tóxicos son aceptables para el tratamiento contra el cáncer. Fármacos antiguos usados para tratar tumores tradicionalmente actúan en todo el proceso de proliferación celular, llamado mitosis, de manera que tienen impacto no solamente en las células cancerígenas, sino también en el desempeño de las células normales en sus tareas habituales, que incluyen multiplicarse, con el propósito de mantener saludable el tejido en el cual se encuentran. Es por este motivo que las drogas más viejas, a veces, causan tantos efectos colaterales indeseables en los pacientes, tales como síntomas gastrointestinales graves: las células de la mucosa del sistema digestivo tienen un ciclo celular rápido, siempre multiplicándose con el propósito de mantener el tejido intacto.

Los medicamentos de la nueva generación son clasificados en un nuevo grupo: ellos son llamados terapias con un objetivo dirigido. En vez de afectar a la célula como un todo, buscan apenas objetivos específicos, como las enzimas localizadas en la membrana celular, tales como FGFRs o las cascadas de señalización, como ser la MAPK. Con este modo más específico de acción, hemos visto una caída significativa en la gravedad de los efectos indeseables en pacientes que usan estos nuevos medicamentos.

Diferentes tipos de cáncer pediátricos también usan las propiedades de la cascada MAPK para inducir el crecimiento celular, pero no vemos investigación con esas nuevas drogas en esta población. La gran cuestión, la gran pregunta es: ¿Cuál sería el riesgo de usar esos tipos de drogas en niños, cuyos cuerpos se encuentran en desarrollo? Las enzimas de la cascada MAPK participan de un amplio número de procesos celulares vitales. ¿Cuáles serían las consecuencias del uso de un anti-MEK por un niño con acondroplasia, o con otra condición genética, como ser las Rasopatias (14), que pueden beneficiarse con el uso de estas drogas? La aversión a asumir riesgos siempre impidió que la industria farmacéutica testease esas terapias objetivos, como ser los inhibidores de la MAPK, en niños con cáncer. Bien, por lo menos hasta hace poco tiempo atrás.

El anti- MEK selumetinib en el cáncer pediátrico

La visión parece estar modificándose en términos de interpretación de riesgo. El laboratorio Astrazeneca viene desarrollando el anti-MEK selumetinib (AZD6244) para el cáncer en adultos, donde la inhibición de la MEK puede ayudar a combatir la enfermedad, pero también comenzó a testear el selumetinib en algunos tipos de cáncer pediátricos. Existen tres estudios clínicos registrados en el ClinicalTrials.gov (NCT01362803, NCT01386450, NCT01089101) con el selumetinib. Ésta es una iniciativa rara y audaz, debido a los riesgos reales o potenciales involucrados o estimados.

Como parte de las reglas del proceso de desarrollo de medicamentos, los desarrolladores de drogas deben divulgar los resultados de los estudios realizados con un candidato al remedio. En muchos casos, testear una droga para el cáncer en un organismo en desarrollo podría parecer arriesgado, ya que las drogas que combaten el cáncer actúan en muchos aspectos en la máquina del crecimiento. Si un componente experimental fue testeado en modelos animales jóvenes, esos tests tendrán que ser presentados a las autoridades reglamentarias. Tests como ésos pueden traer resultados inesperados, los cuales pueden ser vistos como negativos para el éxito de la nueva droga en potencial. Es por eso que el estudio recientemente publicado por El-Hoss y colaboradores (14) es tan especial.

Hasta donde sé, éste es el primer estudio publicado mostrando los efectos sobre huesos y placas de crecimiento, de drogas como el selumetinib y el PD0325901, los cuales son anti-Meks en desarrollo clínico, destinados a convertirse en medicamentos comerciales. Existen varios estudios con otros anti-Meks, pero con compuestos que fueron retirados del programa clínico, como el U0126.

Efectos del selumetinib y del PD0325901 en la placa de crecimiento

El-Hoss y colaboradores realizaron un expresivo número de experimentos con el objetivo de entender cuáles son los efectos de esos dos compuestos anti-MEK en el hueso y en la placa de crecimiento. Básicamente, confirmaron que ambos inhibidores, pero, principalmente el PD0325901, inhibieron a la MAPK en los condrocitos de ratones normales. La inhibición de la MEK causó un alargamiento de la zona hipertrófica de la placa de crecimiento, pero no mostró cualquier efecto en la zona proliferativa (vea la figura 1 con las zonas de la placa de crecimiento). Aparte de eso, ellos observaron que las placas de crecimiento no se ensancharon, y para ellos eso fue debido a que los condrocitos abandonaron el estado proliferativo antes de lo pensado. En otras palabras, ellos concluyeron que había más condrocitos hipertróficos al coste de menos células en proliferación, un resultado que no sería considerado bueno.

Estos primeros resultados son apenas parcialmente semejantes a las experiencias con el CNP. El CNP también aumentó la zona hipertrófica, pero hubo un aumento global del tamaño de la placa de crecimiento, que correspondió al crecimiento del hueso observado en los modelos animales, de acuerdo con los estudios antes mencionados (5-9). Los investigadores del CNP observaron que la zona proliferativa de la placa de crecimiento fue marginalmente estimulada bajo exposición al CNP o análogos. La ausencia de efectos más fuertes en condrocitos en proliferación puede ser explicada por el hecho de que el FGFR3 también ejerce acción a través de otras vías de señalización, no influenciadas por la CNP.

Por ejemplo, hay evidencia de que la señalización del FGFR3 inhibe la producción de una proteína local llamada proteína relacionada con la hormona paratiroidea (PTHrP; algunos se refieren a ella como un péptido), que es un fuerte estimulador de la proliferación de los condrocitos, atrasando su maduración (hipertrofia). (15) El por qué la exposición a la CNP e a los anti-Meks obtuvo como resultado diferentes hallazgos continúa siendo una buena pregunta.

El-Hoss et al., también realizaron tests en ratas y observaron que la inhibición de la MAPK también favoreció la densidad ósea a través de la reducción de actividad de los osteoclastos (las células que absorben el tejido óseo). Estos medicamentos también influyeron en el proceso de cicatrización ósea en un modelo de fractura, manteniendo el cartílago del callo más tiempo que en los animales control. Ellos descubrieron que esto sucedía debido a la inhibición de la liberación de un tipo de enzima que degrada la matriz del cartílago, con el propósito de dar espacio al nuevo hueso desarrollado en el callo.

El-Hoss et al. observaron que los efectos del selumetinib y del PD0325901 en la placa de crecimiento fueron reversibles después de la interrupción de los medicamentos, dando una perspectiva positiva sobre las consecuencias a largo plazo del uso de esas drogas para el cáncer pediátrico.

Los autores admiten algunas limitaciones de estudio, como el periodo relativamente corto de exposición a la cual los animales han sido sometidos a los medicamentos, por un periodo de apenas de tres semanas.

Es curioso que ellos no hayan mencionado si es que midieron a los animales para ver si había alguna diferencia entre la largura totales y de miembros entre los animales testeados y los grupos control, tal vez exactamente debido al corto periodo de observación.

Conclusiones
 
Creo que solamente la publicación de los tests realizados con el selumetinib y el PD0325901 es un avance significativo y parece representar un cambio en la forma como la industria está lidiando con los desafíos del desarrollo de drogas y los riesgos, reales o imaginarios, en la población pediátrica. Sospecho que esto tiene una conexión con el reciente cambio en los requisitos reglamentarios para drogas potenciales destinadas a ser usadas en el segmento pediátrico. En pocas palabras, los medicamentos que serán usados por niños deberán ser testeados, primero en esta misma población.

Los resultados del estudio de El-Hoss y colaboradores son de cierta forma intrigantes y creo que ellos deberían suscitar más estudios, específicos sobre las placas de crecimiento, para permitir una mejor comprensión del tipo de influencia que estos componentes anti-MAPK ejercen en el desarrollo y en crecimiento óseo. Pero más importante aún, los tests realizados por El-Hoss et al., fueron hechos en ratitas normales. ¿Cuál sería el efecto de esos anti-Meks en un modelo con acondroplasia? Si es que hay suficiente interés, estos tests deberán ser hechos en un modelo animal apropiado, por un periodo de tiempo adecuado. Creo que los resultados serían diferentes.

El futuro...

Otro aspectos que merece ser mencionado es que, para futuras estrategias terapéuticas que no busquen directamente al FGFR· para rescatar el crecimiento óseo en la acondroplasia, podemos especular que podría ser necesario combinar diferentes drogas para la obtención de resultados terapéuticos significativos. Por ejemplo, añadiendo un fármaco pro-proliferación, como ser el PTH, con un fármaco pro-hipertrofia, como ser un anti-MEK o un análogo del CNP. En un ejercicio de futurología, combinaciones de drogas pueden permitir dosis en general más bajas y menores riesgos en una terapia de largo plazo para los niños con acondroplasia.

Referencias

1. 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. Acceso libre.

2. Colvin J et al. Skeletal overgrowth and deafness in mice lacking fibroblast growth factor receptor 3. Nature Genetics 1996; 12:390-7.

3. Toydemir RM et al. Novel mutation in FGFR3 causes camptodactyly, tall stature, and hearing loss (CATSHL) Syndrome. Am J Hum Genet 2006;79(5):935-41. Acceso libre.

4. Krejci P. The paradox of FGFR3 signaling in skeletal dysplasia: why chondrocytes growth arrest while other cells over proliferate. Mut Res 2013; http://dx.doi.org/10.1016/j.mrrev.2013.11.001. Acceso libre.

5. Krejci P et al. Interaction of fibroblast growth factor and C-natriuretic peptide signaling in regulation of chondrocyte proliferation and extracellular matrix homeostasis. J Cell Sci 2006; 118: 5089-00. Acceso libre.
6. Nakao K et al. Impact of local CNP/GC-B system in growth plates on endochondral bone growth. Pharmacol Toxicol 2013; 14 (Suppl 1):48. Acceso libre.

7. Yasoda A et al. Systemic Administration of C-Type Natriuretic Peptide as a Novel Therapeutic Strategy for Skeletal Dysplasias. Endocrinology 2009;150: 3138–44. Acceso libre. 8. Yasoda A and Nakao K. Translational research of C-type natriuretic peptide (CNP) into skeletal dysplasias. Endocrine J 2010; 57 (8): 659- 66. Acceso libre.

9. Lorget F et al. Evaluation of the therapeutic potential of a CNP analog in a Fgfr3 mouse model recapitulating achondroplasia. Am J Hum Genet 2012;91(6):1108-14. Acceso libre.

10. Lito P et al. Tumor adaptation and resistance to RAF inhibitors. Nature Med 2013;19: 1401–9. Acceso libre.

11. Fisher R and Larkin J. Vemurafenib: a new treatment for BRAF-V600 mutated advanced melanoma Cancer Manag Res 2012:4; 243-52. Acceso libre.

12.Grimaldi AM et al. The role of MEK inhibitors in the treatment of metastatic melanoma. Curr Opin Oncol 2014 Jan 13. [Epub ahead of print]

13.Tidyman WE and Rauen KA. The RASopathies: Developmental syndromes of Ras/MAPK pathway dysregulation. Curr Opin Genet Dev 2009; 19(3): 230–36. Acceso libre.

14. El-Hoss J et al. Modulation of endochondral ossification by MEK inhibitors PD0325901 and AZD6244 (Selumetinib). Bone 2014;59:151-61.

15. Chen LA et al. Ser(365)-->Cys mutation of fibroblast growth factor receptor 3 in mouse downregulates Ihh/PTHrP signals and causes severe achondroplasia.Hum Mol Genet 2001; 1;10(5):457-65. Acceso libre.