terça-feira, 12 de janeiro de 2016

Tratando la acondroplasia: cuarto año en línea


Traducción: Maria Cristina Terceros
En enero de este año el blog está completando cuatro años desde la publicación del primer artículo. Muchas novedades surgieron en este tiempo. Vimos como el primer medicamento en potencial para tratar la acondroplasia llegaba a la etapa de estudios clínicos, y vimos también otros tantos siendo descritos en la literatura con potencial para reducir o aliviar las muchas complicaciones clínicas observadas en ésta y en otras displasias esqueléticas.

El objetivo del blog permanece siendo el mismo: proporcionar información sobre la acondroplasia y sobre la investigación de terapias para esta displasia esquelética, de una manera que el hermético lenguaje de la ciencia sea traducido a un texto más accesible. Sé que a veces los artículos aquí presentados parecieran todavía algo difíciles de digerir por completo, pero pueden estar seguros de que estoy siempre trabajando para hacer con que ellos sean más comprensibles para el lector no científico.

Muchos de los artículos vienen con una introducción que revisa (o revisita) los fundamentos básicos de la acondroplasia. Si el que usted está leyendo, sobre todo si se trata de alguno de los más recientes, le pareciera difícil de ser entendido, lo invito a que deje de leerlo y a que visite los artículos más antiguos en la página del índice. Vamos a dar dos ejemplos. Tal y como acabo de escribir anteriormente, prácticamente todos los artículos hacen referencias a la placa de crecimiento y al FGFR3, y frecuentemente la introducción hace un resumen de los conceptos básicos, sólo para colocar el tema de ese artículo en su contexto. Si usted está teniendo dificultades para comprender la placa de crecimiento y su relación con la acondroplasia, ¿por qué no intenta leer el primer artículo publicado al respecto? ¡Se encuentra aquí!

Muchas personas están interesadas en la vosoritida y en sus ensayos clínicos y este análogo del CNP ha sido últimamente objeto de varios artículos, a medida que nuevas informaciones sobre su desarrollo clínico se van publicando. Sin embargo, algunos de los lectores tienen dificultad para comprender la naturaleza de esta terapia en potencial para la acondroplasia. Si este fuera su caso, intente leer uno de los primeros artículos sobre el CNP publicados aquí en el blog.

El blog ahora tiene algunas nuevas características. Le he añadido dos nuevas páginas a la barra de página: Soporte e Información (Support & Information) e Investigación (Research). La primera enumera algunas de las principales organizaciones dedicadas a la acondroplasia y / o a las enfermedades raras en el mundo. Allí, se pueden encontrar informaciones relevantes tanto para usted como para su comunidad que podrán ayudarlo(a) a enfrentar los desafíos diarios o en los aspectos médicos y / o sociales. La segunda lista se refiere a los investigadores que trabajan en áreas que pueden aportar nuevas soluciones para la acondroplasia y otras displasias esqueléticas en el futuro. Finalmente, la página principal (home page), que a partir de ahora pasa a mostrar los últimos tres artículos del blog.

Gracias María Cristina Terceros por tu permanente ayuda en la traducción de los artículos al español. También quiero agradecer a todos los lectores por las preguntas y los destaques en sus comentarios, así como estoy agradecido por las discusiones en nuestro grupo Achondroplasia en Facebook. Me alegra ver que el blog ha alcanzado 140.000 visitas este mes y agradezco a cada visitante por el interés en los temas que reviso o discuto aquí. Usted es la razón de este blog. ¡Feliz Año Nuevo!

Tratando a acondroplasia: quarto ano online

O blog está chegando agora em janeiro a quatro anos desde o primeiro artigo. Muitas novidades surgiram durante este tempo. Vimos o primeiro medicamento potencial para tratar a acondroplasia alcançar a fase de estudos clínicos e vários outros sendo descritos na literatura com potencial para reduzir ou aliviar as muitas complicações clínicas vistas nesta e em outras displasias esqueléticas.

O objetivo do blog continua o mesmo: oferecer informações sobre a acondroplasia e sobre a pesquisa de terapias para este displasia esquelética, de uma forma que a hermética linguagem da ciência seja traduzida para um texto mais acessível. Sei que às vezes os artigos aqui ainda parecem difíceis de digerir completamente, mas tenha certeza de que estou sempre trabalhando para torná-los mais compreensíveis para o leitor não-científico.

Muitos dos artigos vêm com uma introdução que revisita os conceitos básicos da acondroplasia. Se aquele que que você está lendo, sobretudo um dos mais recentes, parece ser difícil de entender, convido você a parar de lê-lo e a visitar artigos mais antigos na página de índice. Vamos dar dois exemplos. Como escrevi acima, praticamente todos os artigos vêm com referências à placa de crescimento e ao FGFR3, e frequentemente a introdução faz um resumo dos princípios básicos, apenas para colocar o assunto do artigo em contexto. Se você está tendo dificuldade em entender a placa de crescimento e sua relação com a acondroplasia, por que não tenta ler o primeiro artigo publicado sobre isso? Ele está aqui!

Muitas pessoas estão interessadas no vosoritide e em seus estudos clínicos e este análogo do CNP tem sido objeto de vários artigos ultimamente, conforme novas informações sobre o seu desenvolvimento clínico s
ão publicadas. No entanto, alguns dos leitores têm dificuldade de entender a natureza desta terapia potencial para a acondroplasia. Se este for o seu caso, por favor, tente ler um dos primeiros artigos sobre CNP publicados aqui no blog.

O blog agora tem algumas funcionalidades novas. Adicionei duas novas páginas na barra de páginas: Suporte e Informação (Support & Information) e Pesquisa (Research). A primeira lista algumas das principais organizações dedicadas à acondroplasia e / ou às doenças raras no mundo. Ali, você pode encontrar informações relevantes para você ou sua comunidade que podem ajudá-la/o a enfrentar os desafios diários ou questões médicas e/ou sociais. A segunda lista os investigadores que trabalham em áreas que podem trazer novas soluções para a acondroplasia e outras displasias esqueléticas no futuro. Finalmente, a página principal (home page) passa
agora a mostrar os últimos três artigos do blog.

Obrigado, Maria Cristina Terceros, por sua permanente ajuda para traduzir os artigos para o espanhol. Agradeço também a todos os leitores pelas perguntas e destaques em seus comentários, assim como sou grato pelas discussões em nosso grupo Achondroplasia no Facebook. Estou contente de ver que o blog atingiu 140.000 visitas este mês e agradeço a cada visitante pelo interesse nos temas que revejo ou discuto aqui. Você é a razão deste blog. Feliz Ano Novo!

FGFR4: ¿un problema para las potenciales estrategias en el tratamiento de la acondroplasia con trampas de ligantes?


Traducción: Maria Cristina Terceros

Introducción

Cualquier persona interesada en aprender sobre el mecanismo de crecimiento de los huesos rápidamente descubre que el proceso por el cual éstos se desarrollan es increíblemente complejo. La mayor parte de nuestros huesos no comienza como estructuras óseas, sino como estructuras o andamios de cartílagos, los cuales después de una muy sofisticada serie de pasos, son reemplazados por tejido óseo definitivo, en un proceso continuo que dura hasta el final de la pubertad, cuando la base del cartílago desaparece. Al pensar en el desarrollo de los huesos, es necesario tenerse en cuenta que, aunque ya tengamos bastante conocimiento sobre el proceso, todavía estamos empezando a comprender todos los fenómenos biológicos que ocurren dentro de los huesos. Así que no es de extrañar que día tras día nuevas piezas del rompecabezas son presentadas por la ciencia, desafiando este conocimiento, reforzando lo que una vez dijo Albert Einstein:

No sabemos la milésima parte del uno por ciento de lo que la naturaleza nos ha revelado.

He estado pensando en ello después de leer un interesante estudio sobre los efectos del receptor de factor de crecimiento de fibroblastos 4 (FGFR4) sobre el crecimiento óseo (1). El FGFR4 es un hermano del FGFR3 que, cuando muta, causa la acondroplasia. Bien, ¿tenemos ahora una nueva pieza del rompecabezas? Creo que vale la pena hacer una breve revisión de este estudio, ya que puede traer algunas consecuencias en algunas de las nuevas terapias potenciales para la acondroplasia. Pero vamos a empezar poco a poco para colocar los resultados de este estudio dentro de su contexto.

El intrincado proceso de crecimiento óseo

Con algunas pocas excepciones, nuestros huesos crecen a partir de pequeñas regiones localizadas en sus extremidades, llamadas placas de crecimiento (Figura 1). Dentro de las placas de crecimiento viven las células que lideran el proceso de crecimiento, los condrocitos.

Figura 1. Esquema de la placa de crecimiento con las múltiples capas de condrocitos.



El condrocito es el “jefe”, pero al mismo tiempo debe llevar a cabo muchas instrucciones químicas en paralelo y en serie, dadas por decenas de agentes de crecimiento locales y sistémicos, los cuales a su vez pueden funcionar o como promotores, o como supresores de crecimiento (Figura 2). Los condrocitos, obedeciendo a estos diversos agentes locales y sistémicos, pasan por una serie de transformaciones que pueden ser fácilmente detectadas bajo el microscopio (Figura 1), comenzando a partir de células pequeñas, en reposo (resting zone), pasando por una fase de alta tasa proliferativa (proliferative zone) hacia un estado en el cual ellos sufren un aumento impresionante en su volumen celular, cuando se les da el nombre de condrocitos hipertrofiados (Figura 1). Esta última fase es considerada como la principal responsable del crecimiento óseo.

Figura 2. Algunos de los factores de crecimiento que regulan el desarrollo de la placa de crecimiento (2).

Extraído de Kozhemyakina E et al. A pathway to bone: signaling molecules and transcription factors involved in chondrocyte development and maturation. Development 2015;142(5):817-31. Acceso libre. Reproducido aquí apenas con fines educativos.

La cascada FGF / FGFR

Uno de los procesos químicos que rigen el crecimiento óseo es proporcionado a través de lo que llamamos cascada (o vía) de señalización del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) / receptor del factor de crecimiento de fibroblastos (FGFR), que es familiar para quien está interesado en la acondroplasia. La familia de los FGFs se compone de 23 diferentes factores de crecimiento, y la familia de los FGFR tiene cuatro enzimas hermanas (y una nueva, candidata a convertirse en la quinta) (3). Aquí, nos centramos en el crecimiento de los huesos largos, por lo que no voy a mencionar todas las actividades que el eje FGF / FGFR tienen en el cuerpo y en los pocos huesos que crecen, por lo que es llamado de proceso intramembranoso.

Para ayudar a entender lo que es la cascada de señalización, puede revisar otros artículos de blogs relacionados (ver la página Español en la barra arriba). En resumen, como en una serie de bloques de dominó un enlace químico inicia otro, que activa un tercero, y entonces un cuarto, en una cadena de reacciones químicas. Estas cascadas de señalización proporcionan instrucciones a los condrocitos a cómo deben reaccionar ante cada uno de los estímulos recibidos. FGFs se denominan ligantes debido a iniciar la cascada química mediante la unión con la molécula de receptor, uno de los FGFRs.
 

Si bien el número de FGFs es grande, apenas algunos tienen una participación más intensa en el proceso de crecimiento de los huesos largos. Los científicos han identificado hasta este momento el FGF9 y el FGF18 como los más influencia sobre los condrocitos de la placa de crecimiento (3-5).

Pasadas décadas desde su descripción, los investigadores ya han identificado las principales funciones de los tres primeros FGFRs en el crecimiento óseo. El FGFR4 no ha sido reconocido, hasta este momento, como relevante para este proceso. Ver Tabla 1, extraída de una revisión reciente de los Dres. David Ornitz y Nobuyuki Itoh (3), que enumera los efectos de la ablación de los FGFRs en modelos genéticos. Se puede observar que los modelos que exploraron la ablación o las mutaciones con pérdida de función del FGFR4 no mostraron consecuencias en la placa de crecimiento. Más que eso, parece que el FGFR4 está más ligado (unido) a los procesos metabólicos, incluyendo los de la vitamina D y del fosfato, que son cruciales para el desarrollo y para la salud de los huesos, pero de una manera redundante con otros FGFRs.

Tabla 1. Efectos de la inhibición genética (pérdida de función) de los FGFRs.



¿Es relevante el FGFR4 para el crecimiento óseo?

Es por eso que es interesante el reciente estudio de Cinque et al. (1). Los investigadores trabajaron sobre el papel del FGFR4 en el crecimiento del hueso en variados modelos celulares y animales, y terminaron encontrando que el bloqueo de la señalización del FGFR4 provoca perturbaciones en el crecimiento óseo al interferir en un mecanismo que es parte del equilibrio normal de las células en los tejidos, llamado autofagia.

En su estudio, la autofagia fue relacionada con el circuito de modulación del colágeno 2, que es el componente principal de la matriz del cartílago. No quiero hacer este texto más complejo de lo que ya es. Suficiente con entender que el colágeno es muy importante para la expansión de la placa de crecimiento y, consecuentemente, del hueso. Si hay menos colágeno 2 en la matriz cartilaginosa, el proceso de crecimiento se ve alterado y perjudicado.

El efecto de inhibición del FGFR4 parece ser especialmente observado en condrocitos más maduros (pre-hipertrofia / hipertrofia; ver más arriba). La ausencia de señalización del FGFR4 daría como resultado placas de crecimiento más finas, y por lo tanto huesos más cortos. Más importante aún, los investigadores descubrieron que el FGF con mayor influencia sobre el FGFR4 es el FGF18. Cuando el FGF18 activa el FGFR4, desencadena dentro de los condrocitos las reacciones químicas que regulan la expresión (producción) de colágeno 2, lo que permite la expansión normal de la zona hipertrófica. Tanto la deficiencia de FGF18 como la inhibición del FGFR4 condujeron a la interrupción del proceso de autofagia.

Bien, eso parece ser extraño

Estos resultados son un poco sorprendentes, ya que, como vimos, estudios anteriores fallaron al mostrar problemas específicos causados por la ablación del FGFR4 en los huesos. Entonces, ¿cómo vamos a lidiar con esta nueva información? En primer lugar, podemos preguntar cómo es que los investigadores, en estudios anteriores, han evaluado las alteraciones causadas por la inhibición de la FGFR4 en las placas de crecimiento. Tal vez ellos ni siquiera hayan ingresado en ese proceso específico en las placas de crecimiento, o usaron diferentes técnicas, o las técnicas entonces disponibles no eran lo suficientemente sensibles para detectar cualquier consecuencia relevante con la inhibición de esta enzima. En segundo lugar, sería interesante ver si los resultados obtenidos por Cinque et al. (1) son reproducibles. A veces, las experiencias no pueden ser reproducidas y las conclusiones iniciales son reconocidas como fallas. Sin embargo, en este caso, los investigadores parecen haber repetido los tests (pruebas) con diferentes técnicas y terminaron encontrando básicamente los mismos resultados. Sin embargo, ellos admiten que otros estudios deben ser realizados para comprender mejor el papel del FGFR4 en el desarrollo óseo.

¿Y por qué estos resultados son algo preocupantes cuando se piensa en tratamientos para la acondroplasia? ¿Al final de cuentas, qué tipo de preguntas traerían estos nuevos datos?

¿Un problema para las estrategias de las trampas de ligante (ligand trap)?

El hecho es que nosotros sabemos que el FGF18 es uno de los activadores más relevantes del FGFR3 en la placa de crecimiento. La activación del FGFR3 por sí sola no es un problema, en condiciones normales: los huesos necesitan FGFR3 para regular su velocidad de crecimiento. Sin embargo, cuando el FGFR3 sufre mutación, como es el caso de la acondroplasia, cualquier activación contribuye para el bloqueo del crecimiento, visto en esta displasia esquelética. Uno de los abordajes que están siendo explorados para tratar eficientemente la acondroplasia es precisamente el bloqueo de la activación del FGFR3, y existen varias potenciales estrategias apuntando hacia ese objetivo. Hemos acompañado con mucho interés el desarrollo de las denominadas trampas de ligante (ligand traps; (6-8); leer este artículo anterior del blog). Particularmente, el estudio realizado por el grupo liderado por la Dra. Gouze (6) mostró resultados significativos relacionados con el rescate del crecimiento óseo usando una versión soluble (libre) del FGFR3. El grupo de la Dra. Gouze presentó resultados tan impresionantes con su abordaje en un modelo de rata (Figura 3) que el sFGFR3 se encuentra ahora en desarrollo serio apuntando hacia potenciales ensayos clínicos en el futuro (9).


Figura 3. Efecto de la trampa de ligante sFGFR3 en un modelo animal con acondroplasia (6).


El concepto de la trampa de ligante para la acondroplasia es bastante simple. Con una forma libre de FGFR3 circulando dentro de la placa de crecimiento, provocaríamos una “competencia” entre esta versión libre y aquélla que permanece anclada en los condrocitos (aquélla que hace con que el condrocito pare de crecer en la acondroplasia) para unirse (ligarse) a los FGFs locales (principalmente FGFs9 y 18), dando como resultado un "aprisionamiento" de estos FGFs por el FGFR3 libre y una menor activación de los FGFR3 prendidos a los condrocitos. Si éstos no fueran activados, ejercerían menos actividad y el crecimiento óseo no se vería tan perjudicado como vemos en la acondroplasia. La imagen anterior (Figura 3) nos hace pensar que la estrategia de la trampa de ligante es promisoria.

Sin embargo, esas trampas de ligante apuntan principalmente hacia el FGF9 y el FGF18 (y posiblemente al FGF2). Teniéndose en cuenta que el FGF18 sería capturado por las trampas, habría menos activación del FGFR3 (que es lo que queremos, pensando en la acondroplasia), pero también podría haber consecuencias al contarse con menos FGF18 activando al FGFR4. ¿Se entiende?

El FGF18 es considerado como el gatillo principal del FGFR3 (3) y, si tomamos en cuenta los resultados de Cinque et al. (1), también lo es para el FGFR4. Al tratarse la acondroplasia con una trampa de ligante estaríamos impidiendo la acción del FGF18 en el FGFR3 (lo que es bueno), pero también en el FGFR4. En el primer caso, el resultado sería positivo, pero en el último, ¿cuáles serían las consecuencias?

En el estudio de Cinque et al. (1), los investigadores observaron también que tanto el FGFR3 como el FGFR4 habían sido activados por el FGF18 en sus modelos. Ambos FGFRs estaban relacionados al proceso de autofagia, pero los investigadores notaron que apenas el FGFR4 había estado significativamente asociado con el control de este fenómeno. Aquí, nuevamente, vemos alguna redundancia del efecto del FGFR4 (con el FGFR3), y por eso el nivel de relevancia del efecto del FGFR4 tiene que ser todavía abordado, y nuevos estudios que confirmen son necesarios para comprender mejor el papel del FGFR4 en el proceso del crecimiento óseo.

Mientras tanto, con los impresionantes resultados que han sido demostrados por el estudio con el sFGFR3 (6; Figura 3), es posible que el eventual efecto de la reducción de la activación FGF18 / FGFR4 hubiera sido compensado por el rescate del crecimiento promovido por la inhibición de la vía del FGFR3.

Vamos a continuar siguiendo esos progresos. El próximo artículo analizará nuevas informaciones sobre cómo controlar la producción de FGFR3. No, no se trata de una terapia genética, tampoco sobre nada de edición del DNA. 


Referencias

1. Cinque L et al. FGF signalling regulates bone growth through autophagy. Nature 2015; 528:272–5. doi:10.1038/nature16063.

2. Kozhemyakina E et al. A pathway to bone: signaling molecules and transcription factors involved in chondrocyte development and maturation. Development 2015;142(5):817-31. Free access.

3. Ornitz DM and Itoh N. The Fibroblast Growth Factor signaling pathway. WIRE Dev Biol 2015;4(3):215–66. Free access.

4. Garofalo S et al.Skeletal dysplasia and defective chondrocyte differentiation by targeted overexpression of fibroblast growth factor 9 in transgenic mice. J Bone Miner Res 1999;14(11):1909-15. Free access.


5. Davidson D et al. Fibroblast growth factor (FGF) 18 signals through FGF Receptor 3 to promote chondrogenesis. J Biol Chem 2005;280:20509-15. Free access.

6. Garcia S et al. Postnatal soluble FGFR3 therapy rescues achondroplasia symptoms and restores bone growth in mice. Sci Transl Med 2013;5:203ra124. doi:10.1126/scitranslmed.3006247.

7. 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. Free access.


8. Ghivizzani SC. Delivery of soluble FGFR3 as a treatment for achondroplasia. National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases. 2013; Project Number: 5R01AR057422-04.


9. Therachon press release 2015. Free access.

segunda-feira, 11 de janeiro de 2016

Treating Achondroplasia: fourth year online

In this January, the blog is reaching four years since the first article. A lot of events has passed during this time. We have seen the first potential medication to treat achondroplasia entering clinical trials and several others being described in the literature that may bring relief to the many clinical complications seen in this and in other skeletal dysplasias.

The goal of the blog remains the same: to provide information about achondroplasia and the research for therapies for this skeletal dysplasia in a way that the hard language of the science is translated to a more accessible text. I know sometimes the articles here are still a bit hard to digest completely, but be sure I am always working to make them more understandable for the non-scientific reader.

Many of the articles come with an introduction that revisit the basics of achondroplasia. If the one you are reading, particularly the most recent ones, seems to be difficult to understand, I invite you to stop reading it and visit older articles in the index page. Let's give two examples. As I just wrote above, practically all articles come with references to the growth plate and FGFR3, and frequently the introduction makes a summary of the basics just to put the subject of that article in context. If you are having hard time understanding the growth plate and its relation with achondroplasia, why don't you try reading the first article published about it? It's here

Many people are interested in vosoritide and its clinical trials and this CNP-analogue has been the subject of several articles lately, as new information about its clinical development is published. However, some of the readers have trouble to understand the nature of this potential therapy for achondroplasia. If this is your case, please try to read one of the first articles about CNP published here in the blog.

The blog now has some new features. I have added two new pages to the page bar: Support & Information and Research. The first lists some of the main organizations dedicated to achondroplasia and/or rare diseases in the world. There, you may find relevant information for you or your community that may help you work on daily challenges or medical and/or social issues. The second lists the investigators working in fields that may bring new solutions for achondroplasia and other skeletal dysplasias in the future. Finally, the blog's home page now shows the three last articles published.

Thank you Maria Cristina Terceros for the strong help in translating the articles to Spanish. I also thank all the readers for the questions and highlights in their comments, as well as I am grateful for the discussions in our related Achondroplasia group in Facebook.  I am glad to see that the blog has reached 140,000 visits this month and I thank you visitors for the interest in the topics we review or discuss here. You are the reason of this blog. Happy new year!

quinta-feira, 7 de janeiro de 2016

FGFR4: um problema para as potenciais estratégias de tratamento da acondroplasia com armadilhas de ligantes?



Introdução

Alguém interessado em aprender sobre o mecanismo de crescimento ósseo logo descobre que o processo através do qual os ossos se desenvolvem é incrivelmente complexo. A maioria dos nossos ossos não começa como tecido ósseo, mas como estruturas ou andaimes de cartilagem que, depois de uma série muito sofisticada de passos, são substituídas pelo osso definitivo, em um processo contínuo que dura até ao final da puberdade, quando a base de cartilagem desaparece. Ao pensar sobre o desenvolvimento dos ossos, é preciso ter em mente que, embora já tenhamos bastante conhecimento sobre o processo, ainda estamos apenas no início de compreender todos os fenômenos biológicos que ocorrem no interior dos ossos. Assim, não é surpreendente que dia sim, dia não novas peças do quebra-cabeça são trazidas pela ciência, desafiando esse conhecimento, reforçando o que Albert Einstein disse uma vez:


Nós ainda não sabemos um milésimo de um por cento do que a natureza nos revelou.

Estive pensando nisso depois de ler um interessante estudo sobre os efeitos do receptor de fator de crescimento de fibroblastos 4 (FGFR4) sobre o crescimento ósseo (1). O FGFR4 é um irmão do FGFR3, a enzima que, quando mutada, causa a acondroplasia. Bem, temos uma nova peça do quebra-cabeça? Acho que vale a pena fazer uma breve revisão desse estudo porque ele pode trazer algumas implicações para algumas das novas terapias potenciais para a acondroplasia. Mas, vamos começar devagar para colocar os resultados desse estudo em contexto.

O intrincado processo de crescimento ósseo


Com algumas poucas exceções, nossos ossos crescem a partir de pequenas regiões localizadas em suas extremidades, chamadas de placas de crescimento (Figura 1). Dentro das placas de crescimento vivem as células que lideram o processo de crescimento, os condrócitos.

Figura 1. Diagrama da placa de crescimento com as várias camadas de condrócitos.


O condrócito é o "chefe", mas ao mesmo tempo tem que realizar muitas instruções químicas em paralelo ou seriais dadas por dezenas de agentes de crescimento locais e sistêmicos, que por sua vez podem funcionar ou como promotores ou supressores de crescimento (Figura 2). Os condrócitos, obedecendo a esses diversos agentes locais e sistêmicos, passam por uma série de transformações que podem ser facilmente detectadas ao microscópio (Figura 1), começando a partir de células pequenas, em repouso (resting zone), passando por uma fase de elevada taxa proliferativa (zona proliferativa), para um estado em que eles sofrem um impressionante aumento do seu volume celular, quando são chamados de condrócitos hipertrofiados (Figura 1). Esta última fase é considerada como a principal responsável pelo crescimento ósseo.

Figura 2. Alguns dos fatores de crescimento que regulam o desenvolvimento da placa de crescimento (2).

Extraído de Kozhemyakina E et al. A pathway to bone: signaling molecules and transcription factors involved in chondrocyte development and maturation. Development 2015;142(5):817-31. Acesso livre. Reproduzido aqui apenas para fins educacionais.

A cascata FGF / FGFR

Um dos processos químicos que regem o crescimento ósseo é fornecido pelo que chamamos de cascata (ou via) de sinalização do fator de crescimento de fibroblastos (FGF) / receptor do fator de crescimento de fibroblastos (FGFR), que é familiar para quem está interessado em acondroplasia. A família dos FGFs é composta por 23 fatores de crescimento diferentes, e a família dos FGFR tem quatro enzimas irmãs (e uma nova, candidata a se tornar a quinta) (3). Aqui, focamos no crescimento dos ossos longos, então não vou mencionar todas as atividades que o eixo FGF / FGFR têm no corpo e nos poucos ossos que crescem pelo que é chamado de processo intramembranoso.



Para ajudar a entender o que é a cascata de sinalização, você pode rever outros artigos relacionados do blog (consulte a página Português na barra acima). Em resumo, como em uma série de blocos de dominó, uma ligação química inicia outra, que ativa uma terceira, e essa uma quarta, em uma cadeia de reações químicas. Essas cascatas de sinalização fornecem instruções aos condrócitos para como eles devem reagir a cada um dos estímulos recebidos. FGFs são chamados de ligantes, porque iniciam a cascata química ao se ligarem com a molécula receptora, um dos FGFRs.

Embora o número de FGFs seja grande, apenas alguns têm participação mais intensa no processo de crescimento dos ossos longos. Cientistas identificaram até agora o FGF9 e o FGF18 como os com mais influência sobre os condrócitos da placa de crescimento (3-5).

Depois de décadas de sua descrição, pesquisadores já identificaram as principais funções dos três primeiros FGFRs no crescimento ósseo. O FGFR4 não tem, até o momento, sido reconhecido como relevante para este processo. Veja a Tabela 1, extraída de uma recente revisão dos Drs. David Ornitz e Nobuyuki Itoh (3), que lista os efeitos da ablação dos FGFRs em modelos genéticos. Você verá que os modelos que exploraram a ablação ou mutações com perda de função do FGFR4 não mostraram consequências na placa de crescimento. Mais do que isso, parece que o FGFR4 é mais ligado a processos metabólicos, incluindo os da vitamina D e do fosfato, que são cruciais para o desenvolvimento e saúde óssea, mas de uma forma redundante com outros FGFRs.


Tabela 1. Efeitos da inibição genética (perda de função) dos FGFRs

 
O FGFR4 é relevante para o crescimento ósseo?


É por isso que o estudo recente de Cinque et al. (1) é interessante. Os investigadores trabalharam no papel do FGFR4 no crescimento do osso em diversos modelos celulares e animais e terminaram por encontrar que o bloqueio da sinalização do FGFR4 provoca perturbações no crescimento do osso por interferir em um mecanismo que faz parte do equilíbrio normal das células em tecidos, chamado autofagia.

No seu estudo, a autofagia foi ligada ao circuito de modulação do colágeno 2, que é o componente principal da matriz da cartilagem. Não quero tornar este texto mais complexo do que já é. Basta entender que o colágeno 2 é muito importante para a expansão da placa de crescimento e, consequentemente, do osso. Se existe menos colágeno 2 na matriz cartilaginosa, o processo de crescimento é prejudicado.

O efeito de inibição da FGFR4 parece ser especialmente observado em condrócitos mais maduros (pré-hipertrofia / hipertrofia; ver acima). A ausência de sinalização do FGFR4 levaria a placas de crescimento mais finas, e assim a ossos mais curtos. Mais importante, os pesquisadores descobriram que o FGF com mais influência sobre o FGFR4 é o FGF18. Quando o FGF18 ativa o FGFR4, desencadeia as reações químicas no interior dos condrócitos que regulam a expressão (produção) de colágeno 2, permitindo a expansão normal da zona hipertrófica. Tanto a deficiência de FGF18 quanto a inibição do FGFR4 levou à perturbação do processo de autofagia.

Bem, isso parece estranho

Estes resultados são um pouco surpreendentes, porque, como vimos, estudos anteriores falharam em mostrar problemas específicos causados ​​pela ablação de FGFR4 nos ossos. Então, como vamos lidar com esta nova informação? Em primeiro lugar, podemos perguntar como os pesquisadores em estudos anteriores avaliaram as alterações causadas pela inibição da FGFR4 nas placas de crescimento. Talvez eles nem tenham acessado esse processo específico nas placas de crescimento, ou eles usaram diferentes técnicas, ou as técnicas disponíveis então, não eram sensíveis o suficiente para detectar qualquer consequência relevante com a inibição desta enzima. Em segundo lugar, seria interessante ver se os resultados obtidos por Cinque et al. (1) são reproduzíveis. Às vezes, experiências não podem ser reproduzidas e as conclusões iniciais são reconhecidas como falhas. No entanto, neste caso, os investigadores parecem ter repetido os testes com técnicas diferentes e terminaram por encontrar basicamente os mesmos resultados. No entanto, eles admitem que outros estudos devem ser realizados para melhor compreender o papel do FGFR4 no desenvolvimento ósseo.

E por que estes resultados são um pouco preocupantes quando se pensa em tratamentos para a acondroplasia? Que tipo de perguntas estes novos dados trariam afinal de contas?

Um problema para as estratégias de armadilhas de ligante (ligand trap)?


O fato é que nós sabemos que o FGF18 é um dos ativadores mais relevantes do FGFR3 na placa de crescimento. A ativação do FGFR3 por si só não é um problema, em condições normais: os ossos precisam do FGFR3 para regular sua velocidade de crescimento. No entanto, quando o FGFR3 está mutado como na acondroplasia, qualquer ativação contribui para o bloqueio do crescimento visto nesta displasia esquelética. Uma das abordagens que estão sendo exploradas para tratar eficientemente a acondroplasia é exatamente a de bloquear a ativação do FGFR3, e existem várias potenciais estratégias visando esse objetivo. Temos acompanhado com grande interesse o desenvolvimento das chamadas armadilhas de ligante (ligand traps; (6-8); ler este artigo anterior do blog). Particularmente, o estudo pelo grupo liderado pela Dr. Gouze (6) mostrou resultados significativos sobre o resgate de crescimento do osso usando uma versão solúvel (livre) do FGFR3. O grupo da Dr. Gouze apresentou resultados tão impressionantes com sua abordagem em um modelo de rato (Figura 3) que o sFGFR3 está agora em desenvolvimento sério visando potenciais ensaios clínicos no futuro (9).


Figura 3. Efeito da armadilha de ligante sFGFR3 em um modelo animal de acondroplasia (6).


O conceito da armadilha de ligante para acondroplasia é bastante simples. Com uma forma livre de FGFR3 circulando dentro da placa de crescimento, provocaríamos uma "competição" entre esta versão livre e a que fica ancorada nos condrócitos (aquela que faz o condrócito parar de crescer na acondroplasia) para se ligar aos FGFs locais (principalmente FGFs 9 e 18), resultando em "aprisionamento" destes FGFs pela forma solúvel e em menos ativação dos FGFR3 presos aos condrócitos. Se estes não são ativados, exerceriam menos atividade e o crescimento ósseo não seria tão prejudicado como vemos na acondroplasia. A imagem acima (Figura 3) nos leva a pensar que a estratégia da armadilha de ligante é promissora.

No entanto, essas armadilhas de ligante visam principalmente o FGF9 e o FGF18 (e possivelmente FGF2). Levando-se em conta que o FGF18 seria capturado pelas armadilhas, haveria menos ativação do FGFR3 (que é o que queremos, pensando na acondroplasia), mas também poderia haver consequências ao se ter menos FGF18 ativando o FGFR4. Entende?

O FGF18 é tido como o principal gatilho do FGFR3 (3) e, se levarmos em conta os resultados por Cinque et al. (1), também o é para o FGFR4. Ao tratar a acondroplasia com uma armadilha de ligante estaríamos impedindo a ação do FGF18 no FGFR3 (o que é bom), mas também no FGFR4. No primeiro caso, o resultado seria positivo, mas no último, quais seriam as consequências?

No estudo de Cinque et al. (1), os pesquisadores também observaram que tanto o FGFR3 e FGFR4 foram ativados pelo FGF18 em seus modelos. Ambos os FGFRs estavam ligados ao processo de autofagia, mas os pesquisadores notaram que apenas FGFR4 foi significativamente associado com o controle deste fenômeno. Aqui, novamente, vemos alguma redundância do efeito do FGFR4 (com o FGFR3), e por isso o nível de relevância do efeito do FGFR4 ainda tem que ser abordado, e novos estudos confirmatórios são necessários para entender melhor o papel do FGFR4 no processo de crescimento ósseo.

Enquanto isso, com os resultados impressionantes demonstrados pelo estudo com o sFGFR3 (6; Figura 3), é possível que o eventual efeito da redução da ativação FGF18 / FGFR4 seria compensado pelo resgate de crescimento promovido pela inibição da via do FGFR3.

Vamos continuar a seguir esses desenvolvimentos. O próximo artigo analisará novas informações sobre como controlar a produção de FGFR3. Não, não é sobre uma terapia genética, nada de edição de DNA.

Referências

1. Cinque L et al. FGF signalling regulates bone growth through autophagy. Nature 2015; 528:272–5. doi:10.1038/nature16063.

2. Kozhemyakina E et al. A pathway to bone: signaling molecules and transcription factors involved in chondrocyte development and maturation. Development 2015;142(5):817-31. Free access.


3. Ornitz DM and Itoh N. The Fibroblast Growth Factor signaling pathway. WIRE Dev Biol 2015;4(3):215–66. Free access.
4. Garofalo S et al.Skeletal dysplasia and defective chondrocyte differentiation by targeted overexpression of fibroblast growth factor 9 in transgenic mice. J Bone Miner Res 1999;14(11):1909-15. Free access.
 5. Davidson D et al. Fibroblast growth factor (FGF) 18 signals through FGF Receptor 3 to promote chondrogenesis. J Biol Chem 2005;280:20509-15. Free access.

6. Garcia S et al. Postnatal soluble FGFR3 therapy rescues achondroplasia symptoms and restores bone growth in mice. Sci Transl Med 2013;5:203ra124. doi:10.1126/scitranslmed.3006247.

7. 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. Free access.

8. Ghivizzani SC. Delivery of soluble FGFR3 as a treatment for achondroplasia. National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases. 2013; Project Number: 5R01AR057422-04.

9. Therachon press release 2015. Free access.