¿Hormona de la paratiroide para tratar la acondroplasia? Parte 1

Traducción: MaCriTeS

El FGFR3 en el crecimiento óseo

El crecimiento óseo es el resultado de la interacción de un gran número de proteínas y de moléculas semejantes, que trabajan acelerando o reduciendo la velocidad del crecimiento (Mackie EJ et al. 2011). En la acondroplasia, existe apenas un problema: uno de los principales reductores de velocidad, la proteína denominada receptor del factor de crecimiento de fibroblastos tipo 3 (FGFR3), es hiperactiva y, por eso, compromete el crecimiento óseo global, llevando a los aspectos clínicos de esta condrodisplasia (condro = cartílago; displasia = mala formación, o mala formación del cartílago). El FGFR3 permanece hiperactivo debido a un simple cambio de aminoácidos en su estructura molecular, causada por un cambio correspondiente de un único nucleótido en el gen FGFR3 (revisado aquí). 

El FGFR3 fue identificado como el agente causador de la acondroplasia en 1994 (siga este link para ver uno de los primeros trabajos sobre el tema). Desde entonces se aprendió mucho sobre cómo él ejerce sus efectos en el cartílago de la placa de crecimiento (Foldynova-Trantirkova S et al., 2012). En otras palabras, la cascada química ordenada por el FGFR3 (revisado aquí anteriormente) es ya razonablemente conocida. 

En resumen, el FGFR3 funciona de dos maneras:

1. Reduciendo la proliferación de los condrocitos, las células en el interior del cartílago de la placa de crecimiento, responsables por la construcción del molde de cartílago que será substituido por tejido óseo; 
2. Interfiriendo con la transición de los condrocitos hacia el estado de hipertrofia (maduración).

La consecuencia de esos dos efectos es que, con menos células produciendo el molde de cartílago, menos tejido óseo será formado, dando como resultado huesos más pequeños y más estrechos.

La mejor manera de llegar al punto B desde el punto A es una línea recta pero, si existe algún obstáculo en el camino, vea otras opciones.

Cuando queremos tratar una condición clínica específica, la mejor estrategia será la de interferir directamente con el agente causador. Sin embargo, como eso no siempre es posible (todavía no, ya que aun se necesitan muchos avances en la ciencia para conseguirlo), los médicos pueden prescribir medicamentos que interfieren en las reacciones químicas conocidas e importantes para que aquella condición clínica específica suceda. Por ejemplo, el verdadero motivo por el cual una persona irá a tener presión arterial elevada (hipertensión), no es totalmente comprendido todavía, pero varias de las reacciones químicas dentro del cuerpo que hacen que la persona tenga presión arterial elevada, lo son. De esta manera, muchos medicamentos que funcionan sobre estas reacciones, reduciendo la presión sanguínea, han sido desarrollados y están disponibles en las farmacias.

Algo semejante sucede con la acondroplasia. Si bien el desarrollo de una droga con acción directa contra el FGFR3 se encuentra todavía en etapa pre-clínica (existen algunos buenos candidatos en el laboratorio), existe por lo menos una de estas opciones alternativas que está entrando en la etapa clínica de su desarrollo. El estudio clínico de fase 1 del análogo del péptido natriurético del tipo C (CNP) BMN-111 acaba de ser terminado, de acuerdo con el clinicaltrials.gov. El CNP no interfiere directamente con el FGFR3, pero funciona neutralizando parte de sus efectos, pudiendo restablecer parcialmente el crecimiento óseo, de acuerdo con estudios ya realizados en animales.

Los muchos agentes dentro de la placa de crecimiento

El CNP es uno de aquellos muchos factores que mencioné en el inicio de este artículo, teniendo un efecto estimulador sobre el crecimiento óseo. Cuando se estudian los complejos mecanismos químicos que rigen el desarrollo de la placa de crecimiento, se aprende sobre otros agentes que podrían ser explorados como una opción potencial para combatir la inhibición del crecimiento óseo vista en la acondroplasia. Una de esas opciones que viene ganando relevancia en los últimos años es la proteína que tiene el nombre de proteína relacionada con la hormona de las paratiroides (o péptido para algunos autores, PTHrP).

PTHrP e PTH

La PTHrP es una proteína íntimamente relacionada con la PTH, la hormona que tiene un papel crucial en la salud de los huesos, ordenando el metabolismo del calcio y del fósforo, y las actividades de los osteoblastos (las células óseas que construyen el hueso) y los osteoclastos (las células óseas que absorben el hueso). La carencia de PTH desemboca en problemas óseos y en disturbios del calcio y del fósforo en la sangre, causando importantes complicaciones clínicas. La homología (semejanza) entre la PTH y la PTHrP es grande. Ambas tienen una estructura bastante semejante en la denominada extremidad C-terminal. Antes de continuar, es bueno saber que cuando se ve una cadena de aminoácidos de una proteína, en una extremidad necesariamente se encontrará una estructura de ácido (la parte C-terminal) y en la otra una estructura amino (la parte N-terminal). Es muy importante saber sobre esto porque cada una de estas estructuras genera funciones diferentes para la proteína.

Más importante todavía, en el hueso, tanto la PTH como la PTHrP ejercen sus funciones (o señalizan) a través del acoplamiento con el mismo receptor de membrana celular denominado receptor de PTH tipo 1 (PTHR1). Por eso, es lógico esperar que las reacciones causadas por la PTH y por la PTHrP pudieran ser bastante semejantes. Usted debe recordar que cuando hablamos de receptores de membrana celular, podemos pensar en una especie de antena de recepción de señales (químicas) a partir del exterior de la célula que los transmite hacia el núcleo de la célula, donde la respuesta celular será generada de acuerdo al mensaje recibido.

Existen algunas diferencias relevantes entre la PTH y la PTHrP. Mientras que la PTH es producida a través de las glándulas paratiroides y circula en la corriente sanguínea, a la PTHrP se la encuentra en muchos tejidos del cuerpo, pero sus funciones exactas en esos locales no son completamente comprendidas  y podrían no ser relevantes. Parece que la PTHrP ejerce diversas funciones de control de las células después del nacimiento, pero la importancia de estas funciones en una situación normal, aún debe ser establecida (McCauley & Martin, 2012). Tanto cuanto sabemos, el local más relevante donde la PTHrP ejerce su función es exactamente el cartílago de la placa de crecimiento.

La PTHrP en la placa de crecimiento del cartílago

El principal efecto de la PTHrP en la placa de crecimiento es de mantener a los condrocitos en un estado de proliferación (en otras palabras, mantenerlos multiplicándose). Teniendo en mente que tanto la PTH como la PTHrP utilizan el mismo receptor, hace sentido pensar que la PTH podría actuar de la misma manera que la PTHrP en los condrocitos.

Para aumentar la complejidad, la PTHrP actúa conjuntamente con otro modulador de crecimiento muy importante llamado  Indian Hedgehog (IHH, o puerco espín: estoy de acuerdo con usted, los científicos son muy creativos para poner nombres a las moléculas orgánicas). El IHH es fundamental para el desarrollo de la placa de crecimiento, y una de sus acciones es estimular las células en el pericondrio (la estructura que circunda a los condrocitos y a la matriz cartilaginosa) y los condrocitos de la zona de reposo (resting zone) para liberar PTHrP, que a su vez, cuando se une a la PTHR1, induce a los condrocitos a proliferarse y los impide de iniciar el proceso de maduración. Cuando los condrocitos estimulados se alejan del local donde la PTHrP es liberada, ellos comienzan a madurar (se hipertrofian) y entrar en la siguiente etapa de su ciclo de vida. Hay una excelente revisión del Dr. Henry Kronemberg, donde él describe el desarrollo y crecimiento óseo y las funciones de la PTHrP y del IHH en el cartílago de la placa de crecimiento (Nature, 2003).

¿El FGFR3 reduce la producción de PTHrP?

Como vimos antes, el FGFR3 reduce el ritmo de proliferación y de maduración  de los condrocitos. El FGFR3 realiza eso súper-estimulando dos importantes cascadas de señalización dentro del condrocito, las vías de la MAPK y de la STAT1 (comentadas aquí). Ahora, pensemos en esto: la IHH es una proteína producida por condrocitos hipertróficos (maduros), las células al finalizar el ciclo de crecimiento dentro del cartílago. Es razonable pensar que el FGFR3, reduciendo el número de condrocitos que alcanzan la etapa de la hipertrofia, podría reducir la cantidad de producción de IHH. Esto, a su vez, podría llevar a una reducción de la PTHrP, que sabemos que estimula a los condrocitos a la proliferación. Así también es razonable pensar que una parte de las acciones del FGFR3 en el control del crecimiento óseo es indirecta, a través de la reducción de la disponibilidad de la PTHrP. En realidad, ya existen evidencias de ese efecto (Chen L et al., 2001).

En este artículo, realizamos una breve revisión de algunas propiedades de la PTH y de la PTHrP. En el próximo, comenzaremos a explorar el uso potencial de la PTH o de la PTHrP como tratamiento para la acondroplasia.

Paratormônio para tratar a acondroplasia? Parte 1

FGFR3 no crescimento ósseo

O crescimento ósseo é o resultado da interação de um grande número de proteínas e moléculas semelhantes que ou trabalham acelerando ou reduzindo a velocidade do crescimento (Mackie EJ et al. 2011). Na acondroplasia, existe apenas um problema: um dos principais redutores de velocidade, a proteína chamada de receptor do fator de crescimento de fibroblastos tipo 3 (FGFR3), está hiperativa e, por isso, compromete o crescimento ósseo global, levando aos aspectos clínicos desta condrodisplasia (condro = cartilagem; displasia =  má formação, ou má formação da cartilagem). O FGFR3 fica hiperativo devido a uma troca simples de aminoácidos em sua estrutura molecular, causada por uma troca correspondente de um único nucleotídeo no gene FGFR3 (revisto aqui).

O FGFR3 foi identificado como o agente causador da acondroplasia em 1994 (siga este link para um dos primeiros trabalhos sobre o assunto). Desde então, muito se aprendeu sobre como ele exerce seus efeitos na cartilagem da placa de crescimento (Foldynova-Trantirkova S et al., 2012). Em outras palavras, a cascata química regulada por FGFR3 (revisto aqui) já é razoavelmente conhecida. Em resumo, o FGFR3 funciona de duas maneiras:

1. Reduzindo a proliferação dos condrócitos, as células no interior da cartilagem da placa de crescimento responsáveis pela construção do molde de cartilagem que será substituído por tecido ósseo;

2. Interferindo com a transição dos condrócitos para o estado de hipertrofia (maturação).

A consequência desses dois efeitos é que, com menos células produzindo o molde de cartilagem, menos tecido ósseo será criado, resultando em ossos menores e mais estreitos.

A melhor maneira de atingir o ponto B do ponto A é uma linha reta mas, se houver um obstáculo na estrada, procure opções

Quando queremos tratar uma condição clínica específica, a melhor estratégia seria a de interferir diretamente com seu agente causador. No entanto, como isso nem sempre é possível (ainda não, pois ainda é preciso muito avanço da ciência para conseguir isso), os médicos podem prescrever medicamentos que interferem nas reações químicas conhecidas e importantes para que aquela condição clínica específica ocorra. Por exemplo, a verdadeira razão pela qual alguém vai ter pressão arterial elevada (hipertensão) não é totalmente compreendida ainda, mas várias das reações químicas dentro do corpo que fazem alguém ter pressão arterial elevada são. Assim, muitos medicamentos que funcionam sobre essas reações, reduzindo a pressão sanguínea, têm sido desenvolvidos e estão disponíveis nas farmácias.

Algo parecido acontece com a acondroplasia. Embora o desenvolvimento de uma droga com ação direta contra o FGFR3 esteja ainda em fase pré-clínica (há alguns bons candidatos no laboratório), há pelo menos uma destas opções alternativas que está entrando na fase clínica do seu desenvolvimento. O estudo clínico de fase 1 do análogo do peptídeo natriurético do tipo C (CNP) BMN-111 acaba de ser concluído, de acordo com o clinicaltrials.gov. O CNP não interfere diretamente com o FGFR3, mas funciona neutralizando parte dos seus efeitos, podendo restabelecer parcialmente o crescimento ósseo, de acordo com os estudos em animais já realizados.

Os muitos agentes dentro da placa de crescimento

O CNP é um daqueles muitos fatores que mencionei no início deste artigo, tendo um efeito estimulador sobre o crescimento ósseo. Quando você estuda os complexos mecanismos químicos que regem o desenvolvimento da placa de crescimento, aprende sobre outros agentes que poderiam ser explorados como uma opção potencial para combater a inibição do crescimento ósseo vista na acondroplasia. Uma dessas opções, que vem ganhando relevância nos últimos anos, é a proteína (ou peptídeo, para alguns autores) chamada de proteína relacionada ao paratormônio (PTHrP).

PTHrP e PTH

O PTHrP é uma proteína intimamente relacionada ao PTH, o hormônio que tem um papel crucial na saúde dos ossos, regulando metabolismo do cálcio e do fósforo, e as atividades dos osteoblastos (as células ósseas que constroem osso) e os osteoclastos (as células ósseas que absorvem osso). A falta de PTH leva à problemas ósseos e a distúrbios do cálcio e fósforo no sangue, causando importantes complicações clínicas. A homologia (semelhança) entre PTH e PTHrP é grande. Eles têm uma estrutura bastante semelhante na chamada extremidade C-terminal. Antes de continuar, é bom saber que quando você vê uma cadeia de aminoácidos de uma proteína, em uma extremidade vai necessariamente encontrar uma estrutura de ácido (a parte C-terminal) e na outra você vai encontrar uma estrutura amino (a parte N-terminal). É muito importante saber disso porque cada uma destas estruturas gera funções distintas para a proteína.

Mais importante ainda, no osso tanto o PTH e o PTHrP exercem as suas funções (ou sinalizam) através do acoplamento com o mesmo receptor de membrana celular, denominada receptor de PTH tipo 1 (PTHR1). Por isso, é lógico esperar que as reações causadas pelo PTH e PTHrP poderiam ser muito semelhantes. Você deve se lembrar de que quando falamos de receptores de membrana celular, podemos pensar em uma espécie de antena de recepção de sinais (químicos) a partir do exterior da célula que os transmite para o núcleo da célula, onde a resposta celular será gerada de acordo com a mensagem recebida.

Existem também algumas diferenças relevantes entre o PTH e o PTHrP. Enquanto o PTH é produzido pelas glândulas paratireóides e circulam na corrente sanguínea, oo PTHrP é encontrado em muitos tecidos do corpo, mas suas funções exatas nestes locais não são completamente compreendidas. Parece que o PTHRP exerce diversas funções de controle celular após o nascimento, mas a importância dessas funções em uma situação de normalidade precisa ainda ser estabelecida (McCauley & Martin, 2012). Tanto quanto sabemos, o local onde o PTHrP tem papel muito relevante é exatamente a cartilagem da placa de crescimento.

PTHrP na placa de crescimento da cartilagem

O principal efeito do PTHrP na placa de crescimento é o de manter os condrócitos em um estado de proliferação (em outras palavras, mantê-los se multiplicando). Tendo em mente que tanto o PTH quanto o PTHrP usam o mesmo receptor, faz sentido pensar que o PTH poderia atuar da mesma maneira que o PTHrP no condrócitos.

Para aumentar a complexidade, o PTHrP atua em concerto com outro modulador de crescimento muito importante chamada Indian Hedgehog (IHH, ou porquinho-da-índia: concordo com você, os cientistas são muito criativos para nomear moléculas orgânicas). O IHH é fundamental para o desenvolvimento da placa de crescimento e uma das suas ações é de estimular as células no pericôndrio (a estrutura que circunda os condrócitos e a matriz cartilaginosa) e os condrócitos da zona de repouso (resting zone) para liberar PTHrP, que por sua vez, quando ligado ao PTHR1, induz os condrócitos a proliferar e os impede de iniciar o processo de maturação. Quando os condrócitos estimulados se distanciam do local onde o PTHrP é liberado, eles começam a amadurecer (hipertrofiar) e entram na próxima fase do seu ciclo de vida. Há uma excelente revisão do Dr. Henry Kronemberg, onde ele descreve o desenvolvimento e crescimento ósseos e as funções do PTHrP e da IHH na cartilagem da placa de crescimento (Nature, 2003).

O FGFR3 reduz a produção de PTHrP?

Como vimos antes, o FGFR3 reduz o ritmo de proliferação e de  de maturação dos condrócitos. O FGFR3 faz isso superestimulando duas importantes cascatas de sinalização dentro do condrócito, as vias da MAPK e STAT1 (comentado aqui). Agora, pense nisso: a IHH é uma proteína produzida por condrócitos hipertróficos (maduros), as células no final do ciclo de crescimento dentro da cartilagem. É razoável pensar que o FGFR3, reduzindo o número de condrócitos que atingem o estágio de hipertrofia, poderia reduzindo a quantidade de IHH produzida. Isto por sua vez poderia levar a uma redução de PTHrP, que sabemos que estimula os condrócitos a proliferar. Assim, também é razoável pensar que parte das ações do FGFR3 no controle do crescimento ósseo é indireta, através da redução da disponibilidade de PTHrP. Na verdade, já há evidências desse efeito (Chen L et al., 2001).

Neste artigo, fizemos uma breve revisão de algumas propriedades do PTH e do PTHrP. No próximo artigo vamos começar a explorar o potencial uso de PTH ou PTHrP para tratar a acondroplasia.