Introducción
Muchos temas que revisamos aquí son bastante técnicos. Para hacerlos más accesibles a más lectores (bueno, espero que algún día hayan más que diecisiete), tengo la costumbre de presentar el tema en partes, para así darle una base apropiada y, en seguida, ir al tema principal de aquel artículo en particular. En éste, pensé que sería bueno volver a uno de los mecanismos más importantes por los cuales el receptor del factor de crecimiento de fibroblasto tipo 3 (FGFR3) utiliza para ejercer sus efectos en la placa de crecimiento, cascada enzimática de la proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK).
Un aspecto relevante de las moléculas como el NC- 2 es su tamaño y, como ésta es una propiedad fundamental para cualquier tratamiento en potencial que intenta alcanzar a los condrocitos en la placa de crecimiento, también vamos a visitar nuevamente y brevemente la placa de crecimiento.
Las RASopatías
Las RASopatías son una familia de enfermedades genéticas que comparten una característica común: todas ellas son causadas por disturbios en la vía de señalización de la MAPK, asociados a mutaciones en las proteínas de esta cascada de señalización o en proteínas que regulan su actividad (Figura 1). Cualquiera que sea la localización de la mutación, esto lleva a la excesiva señalización de la MAPK, lo que a su vez es la causa de los diferentes aspectos clínicos de los variados síndromes asociados (1).
Figura 1.
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| Un boceto de la vía de señalización RAS- MAKP. Síndromes causados por mutaciones en los genes que controlan la producción de determinadas proteínas de señalización. De Socialstyrelsen.se. |
Para más informaciones sobre la vía MAPK, lea el último artículo publicado en el blog. El blog también posee una serie de artículos anteriores que se refieren a la cascada de la MAPK, accesibles a través de la página del índice de su idioma de preferencia (link (enlace) localizado en la parte superior de esta página).
La señalización de la MAPK reduce el crecimiento óseo
Una característica común de los individuos con RASopatías es la baja estatura. Como la MAPK es fundamental para el desarrollo de la placa de crecimiento (2), es razonable pensar que la actividad excesiva de la MAPK encontrada en las RASopatías también influye en los condrocitos de la placa de crecimiento de los individuos afectados. Sin embargo, existe poca información específica sobre las consecuencias de la excesiva señalización de la MAPK en los huesos, en el contexto de este grupo de enfermedades.
Es por eso que, con el objetivo de entender el mecanismo de la baja estatura en una de las RASopatías, la neurofibromatosis tipo 1, el mes de abril de 2013, el grupo del Dr. Florent Elefteriou publicó un elegante estudio donde ellos exploraron los papeles de la vía MAPK en los condrocitos de la placa de crecimiento en un modelo animal donde ellos “desenchufaron” la neurofibromina en esas células (3).
En aquel tempo, revisamos ese estudio en otro artículo, pero estoy retornando a él para hablar más sobre el NC- 2, el análogo del péptido natriurético tipo C (CNP) usado en ese trabajo. Después de buscar durante un bien tiempo, finalmente encontré la patente con la descripción del NC- 2 y los diferentes resultados de los tests ya realizados con este compuesto. La patente indica que podría ser utilizado para tratar la acondroplasia (4).
Aparte de eso, el NC - 2 parece estar ahora bajo desarrollo y producción a través de Alexion, una conocida empresa de biotecnología, lo que aumenta la probabilidad de que podría progresar hacia estudios clínicos. Sin embargo, antes de hablar sobre la patente, vamos a comenzar con lo básico, hablando un poco sobre el estudio realizado por Ono et al., la neurofibromina, el FGFR3 y el CNP.
La neurofibromina y el CNP en la placa de crecimiento
La neurofibromina funciona a través de la inactivación de la proteína RAS en lo alto de la cascada de MAPK (Figura 2). Ono et al., desarrollaron un modelo de ratón, en el cual la neurofibromina estaba ausente en las placas de crecimiento. Los animales afectados presentaron padrón semejante al que se encuentra en las displasias relacionadas con el FGFR3, incluyendo los huesos cortos y las placas de crecimiento más estrechas, con las zonas proliferativa e hipertrófica más pequeñas. La ausencia de la neurofibromina permitió que la enzima RAS permaneciese activa por más tempo, manteniendo así toda la MAPK más activa que lo normal, en un mecanismo parecido con el que se da en la acondroplasia.
Figura 2. Interacciones entre las enzimas receptoras, la vía RAS-MAPK y la neurofibromina
La señalización de la MAPK reduce el crecimiento óseo
Una característica común de los individuos con RASopatías es la baja estatura. Como la MAPK es fundamental para el desarrollo de la placa de crecimiento (2), es razonable pensar que la actividad excesiva de la MAPK encontrada en las RASopatías también influye en los condrocitos de la placa de crecimiento de los individuos afectados. Sin embargo, existe poca información específica sobre las consecuencias de la excesiva señalización de la MAPK en los huesos, en el contexto de este grupo de enfermedades.
Es por eso que, con el objetivo de entender el mecanismo de la baja estatura en una de las RASopatías, la neurofibromatosis tipo 1, el mes de abril de 2013, el grupo del Dr. Florent Elefteriou publicó un elegante estudio donde ellos exploraron los papeles de la vía MAPK en los condrocitos de la placa de crecimiento en un modelo animal donde ellos “desenchufaron” la neurofibromina en esas células (3).
En aquel tempo, revisamos ese estudio en otro artículo, pero estoy retornando a él para hablar más sobre el NC- 2, el análogo del péptido natriurético tipo C (CNP) usado en ese trabajo. Después de buscar durante un bien tiempo, finalmente encontré la patente con la descripción del NC- 2 y los diferentes resultados de los tests ya realizados con este compuesto. La patente indica que podría ser utilizado para tratar la acondroplasia (4).
Aparte de eso, el NC - 2 parece estar ahora bajo desarrollo y producción a través de Alexion, una conocida empresa de biotecnología, lo que aumenta la probabilidad de que podría progresar hacia estudios clínicos. Sin embargo, antes de hablar sobre la patente, vamos a comenzar con lo básico, hablando un poco sobre el estudio realizado por Ono et al., la neurofibromina, el FGFR3 y el CNP.
La neurofibromina y el CNP en la placa de crecimiento
La neurofibromina funciona a través de la inactivación de la proteína RAS en lo alto de la cascada de MAPK (Figura 2). Ono et al., desarrollaron un modelo de ratón, en el cual la neurofibromina estaba ausente en las placas de crecimiento. Los animales afectados presentaron padrón semejante al que se encuentra en las displasias relacionadas con el FGFR3, incluyendo los huesos cortos y las placas de crecimiento más estrechas, con las zonas proliferativa e hipertrófica más pequeñas. La ausencia de la neurofibromina permitió que la enzima RAS permaneciese activa por más tempo, manteniendo así toda la MAPK más activa que lo normal, en un mecanismo parecido con el que se da en la acondroplasia.
Figura 2. Interacciones entre las enzimas receptoras, la vía RAS-MAPK y la neurofibromina
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| La función de la neurofibromina en la vía RAS-MAPK. La unión, (El enlace) de factores de crecimiento con enzimas receptoras (RTK) da como resulta una dimerización y una auto-fosforilación. La Grb2, una proteína adaptadora, se une al receptor, y forma un complejo con la SOS, estimulando el intercambio de GDP para GTP en la RAS. La neurofibromina posee actividad RAS-GTPasa e inactiva la RAS. La RAS unida a la GTP activa la RAF, conduciendo hacia la fosforilación y la activación de la MEK y de la ERK, una quinasa regulada por medio de señal extracelular que puede entrar en el núcleo y fosforilar factores de transcripción. La RAS también activa la PI3K, la AKT y la mTOR. RTKs = tirosina quinasa receptora. P = fosforilación. Grb2 = proteína asociada al receptor del factor de crecimiento 2. SOS = homólogo mamífero del Son of Sevenless de la Drosophila RAS = homólogo del oncogén viral del sarcoma del ratón. GD = difosfato de guanosina. GTP = trifosfato de guanosina. RAF = homólogo del oncogén viral del sarcoma murino. MEK = MAPK-ERK quinasa. PI3K = fosfatidilinositol-3-quinase. AKT= V-Akt homólogo del oncogén viral del timoma murino 1. mTOR = diana de la rapamicina en mamíferos.NA: En el contexto de los condrocitos, piensa en factores de crecimiento como ser los FGF y la RTK como el FGFR3. De: H Brems et al. Lancet Oncol 2009; 10(5):508-15. Aviso: esta figura se encuentra disponible gratuitamente a través de Google Images y fue reproducida aquí apenas con fines de información. |
NC- 2 rescata el retardo de crecimiento causado debido a la ausencia de neurofibromina
Ono et al., administraron NC-2 a animales con condrocitos sin neurofibromina y verificaron que este análogo del CNP fue capaz de rescatar el crecimiento de esas células en los animales expuestos, compensando los efectos de la falta de neurofibromina. Un mérito de este estudio es que él demostró claramente el tipo de consecuencias que defectos en la neurofibromina pueden causar a la placa de crecimiento y también conocimiento para generar nuevas estrategias terapéuticas para tratar as RASopatías e las displasias relacionadas con el FGFR3. Piense en una molécula que pudiese interactuar con la RAS, de la misma forma en que lo hace la neurofibromina...
CNP en condrocitos
Los investigadores descubrieron que la señalización del CNP actúa directamente en la proteína RAF de la cascada MAPK, reduciendo su actividad. Como la MAPK es considerada un factor-clave de la señalización del FGFR3 en condrocitos, se entiende que el CNP es un modulador de ese receptor. (Figura 3). (5) En otras palabras, mientras el FGFR3 influye negativamente en el crecimiento del hueso, el CNP tiene un efecto positivo.
Figura 3. Interacción de las vías del FGFR3 y del CNP
NC-2, un nuevo análogo del CNP
En el estudio realizado por Ono y colaboradores, se describe al NC-2 como una molécula formada por la fusión de una forma activa del CNP, llamada CNP 22, con la parte Fc de una inmunoglobulina (anticuerpo). Vamos a detenernos aquí para explicar brevemente qué es el fragmento Fc de un anticuerpo.
Las inmunoglobulinas son proteínas creadas por el sistema de defensa del cuerpo (el sistema inmunológico) para combatir moléculas o formas de vida extrañas al cuerpo (virus etc.). Básicamente, ellas están compuestas de dos partes: a) la parte Fc es común a todas las inmunoglobulinas, como una especie de base, y b) la parte Fab, la cual es montada por las células del sistema inmune, específicamente para atacar un determinado objetivo (Figura 4). Ambas partes están integradas para convertirse en un anticuerpo activo. Es possible unir la parte Fc de un anticuerpo a otras moléculas para aumentar su media de vida, capacidad de transporte y direccionamiento hacia el objetivo o diana. Hay varios ejemplos disponibles, como ser una molécula que funde el fragmento Fc al interferón (6).
Figura 4. Una representación simple de una inmunoglobulina
De acuerdo con la literatura, los fragmentos Fc generalmente tienen un peso molecular de aproximadamente 50 kilodaltons (kDa). Este tamaño puede representar un problema para el NC-2, dentro del contexto de la placa de crecimiento. Vamos a ver porqué.
El cartílago de la placa de crecimiento como una barrera
La placa de crecimiento es un tejido denso, también llamado matriz extracelular, donde los condrocitos se encuentran rodeados de proteínas de la familia del colágeno y de otras grandes moléculas. La matriz no es solamente densa, sino que también se encuentra eléctricamente cargada y no recibe flujo de sangre directo de manera uniforme. Estás características funcionan como barreras químicas y físicas al tráfico para grandes moléculas. Esto es probablemente como un mecanismo de defensa evolutivo bastante antiguo en el organismo en crecimiento: el núcleo de la máquina de crecimiento del hueso tuvo que estar bastante bien protegido contra invasores, bajo el riesgo de que el programa de crecimiento fuera perturbado. Por otro lado, la reducción de la entrada de una parte de los agentes del cuerpo pudo también contribuir a modular la tasa de crecimiento. La mayoría de los agentes del cuerpo con funciones de desarrollo son agentes positivos para el crecimiento, como las hormonas de la hipófisis.
Algunos investigadores estudiaron cómo se da el tráfico de moléculas en el interior de la placa de crecimiento, y demostraron que es probable que moléculas con 40 kDa o menos tendrían paso libre hacia el interior del cartílago (7,8).
Estos hallazgos podrían explicar porque el PRO-001, el primer anticuerpo anti-FGFR3 específico nunca progresó hacia su desarrollo clínico para la acondroplasia. El PRO-001 fue desarrollado por el grupo del Dr. Avner Yayon (9) hace más de una década, y mostró resultados promisorios en sus primeros ensayos, pero podemos creer que no tuvo un buen final debido a su gran tamaño: un anticuerpo normal pesa aproximadamente 150 kDa.
Por otro lado, vimos anteriormente, que la placa de crecimiento siempre fue descrita como un ambiente avascular (sin circulación sanguínea), pero existen evidencias de que este concepto pueda ser apenas parcialmente correcto (10).
Aparte de eso, viendo las propiedades naturales de la placa de crecimiento, ¿cómo podremos interpretar los resultados a partir del estudio realizado por Ono et aL., y por el grupo del Dr. Gouze (11), recientemente comentado aquí? En ambos casos, las moléculas pesan más que el límite de 40 kDa, y aun así, ejercieron los efectos esperados en la placa de crecimiento.
Se puede especular que, en estos casos, los investigadores, hayan realizado estudios usando ciertas dosis de sus compuestos para obtener los resultados deseados, y que serían demasiado altas para ser usadas con seguridad en pacientes humanos. Sin embargo, conforme a lo informado por el grupo del Dr. Gouze, fueron realizados pruebas toxicológicas en los animales expuestos y nada preocupantes fue encontrado (11).
Parece que todavía tenemos bastante para aprender sobre las propiedades de la placa de crecimiento.
Conclusión
El NC-2 es una molécula muy interesante. No sabemos si hoy aún está siendo evaluada como potencial candidato para el desarrollo clínico por Alexion. Como es poco frecuente que una empresa que esté desarrollando una nueva droga comparta un fuerte candidato a desarrollo clínico con investigadores externos que trabajan de manera independiente, el hecho de que el NC-2 haya sido usado de esta manera puede implicar que este análogo del CNP podría haber sido abandonado. Aún si éste fuera el caso, el concepto todavía es atractivo y muestra cómo los investigadores pueden ser creativos en la búsqueda de soluciones inteligentes para combatir condiciones clínicas con claras necesidades médicas no atendidas. Si alguien se encuentra interesado en saber más sobre el CNP y sobre la placa de crecimiento, puede visitar los artículos anteriores del blog:
Referencias
1.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.
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. Acceso libre.
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.
4. Alexion Pharma International. Compositions comprising natriuretic peptides and methods of use thereof. Patent US 20120164142 A1. Jun, 28th 2012. 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. Jones TD et al. The development of a modified human IFN-alpha2b linked to the Fc portion of human IgG1 as a novel potential therapeutic for the treatment of hepatitis C virus infection. J Interferon Cytokine Res 2004;24(9):560-72.
7. Farnum CE et al. In vivo delivery of fluoresceinated dextrans to the murine growth plate: imaging of three vascular routes by multiphoton microscopy. Anat Rec A Discov Mol Cell Evol Biol 2006;288(1):91-103. Acceso libre.
8. Williams RM et al. Solute transport in growth plate cartilage: in vitro and in vivo.
Biophys J 2007;93(3):1039-50. Acceso libre.
9. Aviezer D et al. Fibroblast growth factor receptor-3 as a therapeutic target for Achondroplasia--genetic short limbed dwarfism. Curr Drug Targets 2003;4(5):353-65.
10. Wirth T et al. The blood supply of the growth plate and the epiphysis: a comparative scanning electron microscopy and histological experimental study in growing sheep. Calcif Tissue Int 2002;70(4):312-9.
11. Garcia S et al. Postnatal soluble FGFR3 therapy rescues achondroplasia symptoms and restores bone growth in mice. Sci Transl Med 2013;5:203ra124.
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