MEDICINA

Una bocanada de aire fresco El conocimiento de la biología básica de la fibrosis quística ha preparado el terreno para el desarrollo de nuevos tratamientos Steven M Rowe, J.P. Clancy y Eric J Sorscher Investigación y Ciencia. Octubre 2011. En 1989, cuando se descubrió el gen defectuoso que provoca la fibrosis quística, una grave enfermedad hereditaria que afecta principalmente a niños de ascendencia europea, se tuvo la impresión de que pronto llegaría la tan esperada cura. Después de todo, los análisis realizados en numerosos laboratorios demostraban que suministrar a los pacientes copias normales del gen les capacitaría para sintetizar la proteína correcta especificada por el gen terapéutico. De tener éxito, esa proeza supondría un gran avance a la hora de devolver la salud a las decenas de miles de personas que sufren fibrosis quística en el mundo y que suelen fallecer antes de los 30 años ( hoy la mitad de los pacientes viven hasta casi los 40 años; algunos incluso más). Solo era cuestión de ver si la ciencia conseguiría insertar el gen sano en los tejidos adecuados del paciente para liberarle para siempre de la enfermedad.

Esa tarea resultó ser mucho más complicada de lo que nadie había imaginado. Aunque mediante ingeniería genética se logró crear virus que introducían copia del gen correcto en las células de los pacientes, los virus no realizaban bien su cometido. A finales de la década de los 90 del siglo XX ciertas complicaciones inesperadas hicieron cada vez más patente la necesidad de hallar otra estrategia para tratar la causa fundamental de la fibrosis quística. Mientras tanto, los biólogos celulares y sus colaboradores asumieron la larga y desafiante tarea de determinar con exactitud el aspecto de la proteína normal, su funcionamiento y los defectos que daban lugar a los síntomas de la fibrosis quística. Ello con llevó al estudio de la estructura tridimensional de la proteína con un nivel de detalle cada vez mayor, así como las distintas circunstancias en que la proteína aberrante dejaba de realizar sus funciones celulares. En lugar de crear proteínas normales mediante la sustitución del gen anómalo por otro eficaz (terapia génica), los biólogos se centraron en un objetivo distinto: descubrir un medicamento que permitiese a la proteína defectuosa trabajar mejor. El éxito esta búsqueda supondría una vida más larga y saludable para las personas que padecen fibrosis quística. Las investigaciones con este enfoque, que avanzan de forma paulatina pero constante, están dando sus primeros frutos. Varios compuestos nuevos se hallan en etapas finales de los ensayos que determinarán su posible aplicación terapéutica; uno de ellos está resultando especialmente prometedor para cientos de pacientes. De tener éxito, sería el primer medicamento que trata la causa primaria de la fibrosis quística, en lugar de aliviar los síntomas. Pero aquí no acaba todo.

Los estudios preliminares indican que los nuevos tratamientos podrían funcionar también contra otras enfermedades más frecuentes, como la bronquitis, la sinusitis crónica, la pancreatitis, entre otras. UN PROBLEMA CON LA SAL Al descubrimiento de estos medicamentos se llevó después de fuerzos perseverantes destinados a comprender la biología básica de la fibrosis quística. Desde hace tiempo se sabe que le se debe a la incapacidad de ciertos tejidos del organismo para transportar sal (cloruro de sodio) a través de las membranas que rodean las células. En estos tejidos, las células excretan cloruro para ayudar a mantener el equilibrio entre el líquido interior y el ambiente acuoso exterior. A medida que los iones cloruros se acumulan fuera de la célula, se produce la difusión de moléculas de agua hacia el exterior de la membrana. El gen que en 1989 fue identificado como el causante de la fibrosis quística codifica un canal denominado el “regulador de la conductancia transmembranal de la fibrosis quística” o CFTR. La versión normal de esta molécula está compuesta por una secuencia de unos 1500 aminoácidos que se pliegan de una forma complicada y elegante para dar lugar a una serie de buques y láminas que se retuercen o se insertan, y crean así distintas subsecciones o dominios. El flujo de moléculas de agua provocado por la salida de los iones cloruro ayuda a movilizar el moco que recubre las vías respiratorias del organismo, además de los conductos intestinales, páncreas, hígado y aparato reproductor. CÓMO FUNCIONA CFTR? En la actualidad sabemos que CFTR no sólo es responsable de la adecuada secreción de electrolitos, si no también de la absorción de los mismos dependiendo del tipo de epitelio donde se expresa, es por ello que la enfermedad se caracteriza por una secreción disminuida de cloruro (Cl-) en el epitelio respiratorio secretor y también por una absorción de Na+ aumentada en el epitelio respiratorio absorbente. Ambas alteraciones se traducen en un aumento de la viscosidad del moco en el epitelio respiratorio. La proteína CFTR fue descrita inicialmente como un canal de cloruro regulado por AMPc y fosforilación dependiente de la proteinquinasa A (PKA), pero actualmente se sabe que también actúa como regulador de otros canales iónicos (como el canal de Na+ epitelial o ENaC). En células epiteliales normales (sin Fibrosis quística) y en células recombinantes que sobreexpresan CFTR, el flujo de Cl-, a través de la membrana, se activa con incremento en el AMPc intracelular, esta dependencia no se observa en pacientes con fibrosis quística ni en líneas celulares epiteliales que carecen del canal. La proteína CFTR se expresa en la porción luminal de las membranas de epitelios secretores donde cumple un rol predominante

en la secreción de electrolitos activada por AMPc. En estas células secretoras el CFTR constituye la vía de salida luminal para Cl-, el que ha sido captado por el cotransportador Na+-K+-2Cl en la cara basolateral de la célula que está en contacto con el insterticio y la sangre. Además de su función secretora de Cl-, el CFTR también regula el flujo de otros electrolitos al controlar la actividad del canal ENaC en células epiteliales de absorción de las vías aérea. Ocurre lo mismo en otros epitelios absorbentes como el intestinal y de conductos sudoríparos. Sin embargo, el efecto no siempre es el mismo, en el colon y las vías aéreas el CFTR activado por PKA tiene un efecto inhibidor sobre el EnaC, pero en los conductos sudoríparos este control negativo por CFTR no ocurre.

Estructura del CFTR: La figura muestra la estructura propuesta para CFTR destacando los principales dominios y en particular el sitio de la mutación F508del. También se destacan los sitos de fosforilación de pendiente de AMPc ( PKA) y los sitios de unión a nucleótidos. A pesar de que el mecanismo de interacción entre CFTR y ENaC es desconocido, está claro que los defectos en CFTR llevan a una regulación defectuosa del canal ENaC. La fibrosis quística se caracteriza por alteraciones en la secreción y absorción de electrolitos a nivel del epitelio respiratorio, aumentando la viscosidad del líquido superficial de la vía aérea porque el flujo de agua hacia el moco se ve fuertemente disminuido. En resumen son dos los mecanismos fisiopatológicos importantes que ponen en riesgo la función pulmonar y la sobrevida de los pacientes con fibrosis quística: 1) la secreción alterada de Cl-, la cual se localiza de preferencia en las glándulas submucosas y 2) la

absorción aumentada de Na+ y la consecuente hiperabsorción de electrolitos que ocurre en el epitelio ciliado superficial. En las vías aéreas normales, el transporte iónico aumenta cuando se expone a secretagogos (estimuladores de la secreción de moco que aumenta los niveles intracelulares de AMPc). Sin embargo, las vías aéreas en pacientes con fibrosis quística son incapaces de aumentar su transporte secretor con la misma estimulación. Por el contrario, en sujetos con fibrosis quística (sin la acción inhibidora de CFTR) la absorción de Na+ epitelial aumenta en membranas apicales, y de forma paralela aumenta la permeabilidad paracelular para Cl- con la consecuente disminución del gradiente osmóticos transepitelial y reabsorción del agua. Por lo tanto, la capa de líquido superficial de la vía aérea ( ASL) disminuye, las

glándulas mucosas ya no son despejadas del mucus y el flujo mucociliar se ve fuertemente alterado en las vías aéreas con fibrosis quística.

UNA ENFERMEDAD HEREDITARIA Distintas alteraciones en el gen hace que el organismo carezca de un canal CFTR adecuado. Como resultado, las personas con fibrosis quística producen un moco espeso que obstaculiza multitud de procesos fisiológicos. En los pulmones, el moco presenta aspecto de gel viscoso y dificulta la difusión de oxígeno hacia los sacos alveolares. Ello hace que el simple hecho de respirar, tal y como describe un de los jóvenes pacientes, sea como “intentar respirar con las manos de alguien sobre la cara”. Además, la acumulación de moco viscoso se convierte en un caldo de cultivo ideal para bacterias dañinas, a menudo Pseudomonas aeruginosa, que provocan graves infecciones. En el páncreas, las secreciones densas impiden el tránsito de las enzimas digestivas a través de los diversos conductos hacia los intestinos, lo que origina una mala digestión, desnutrición y peso corporal reducido, en algunos casos extremos se produce daño pancreático y diabetes como

consecuencia secundaria. Por otro lado, la bilis se queda atrapada en el hígado, de modo que los lípidos no se procesan correctamente. La obstrucción de los intestinos provoca estreñimiento y, en ocasiones, un bloqueo completo del tracto gastrointestinal que pone en peligro la vida del paciente. La llegada de los antibióticos para tratar las infecciones recurrentes de los pulmones y el descubrimiento una mejor terapia nutricional, la mayoría de los niños con fibrosis quística fallecían durante primer año de vida. En las últimas décadas, los avances realizados medicina y en los tratamientos paliativos han prolongado sustancialmente la vida de los pacientes. Algunas de las estrategias pueden parecer agresivas para los no iniciados: a los padres o cuidadores se les enseña a hacer vibrar o a dar golpes en el pecho de los niños para ayudar a mover las espesas secreciones de los pulmones y eliminar los taponamientos causados por el moco. Se han creado algunos medicamentos que despejan las vías respiratorias, combate la infección o fluidizan las secreciones de las vías espiratorias. Ciertos suplementos vitamínicos o enzimáticos ayudan al proceso digestivo. Como resultado de estas y otras medidas, hoy en día la mitad de los paciente con fibrosis quística viven hasta los 37 años o más. Sin embargo, ninguno de estos tratamientos va dirigido contra la causa primaria en enfermedad. El flujo insuficiente de cloruro y de otro iones hacia el exterior de las células. TRES TIPOS DE FALLOS El primer paso para dar con un fármaco que restableciera, al menos en parte, la función normal de un canal de cloruro consistía en conocer mejor los detalles del alteración. Los genetistas han analizado muestras de ADN de pacientes con fibrosis quística en todo el mundo: hasta la fecha, han descubierto más de 1600 mutaciones en el gen CFTR que dan lugar a una enfermedad grave. Los efectos deletéreos sobre la proteína CFTR resultante pueden dividirse en varios grupos. En tres de los mejor estudiados se producen los siguientes fallos: el canal nunca llega ocupar su lugar en la membrana celular; se sintetiza un canal truncado ( que rápidamente es degradado), o se sintetiza un canal de longitud normal pero que no es capaz de transportar cloruro. La mutación genética más frecuente es la que da lugar a la ausencia total de canal de cloruro en la superficie celular. Se debe a la eliminación de uno de los 1500 aminoácidos que componen la proteína. Como el aminoácido que falta es la fenilalanina (F) en la posición 508 de la cadena, la mutación recibe el nombre de F508del ( del por deleción). La mutación F508del provoca la enfermedad de una manera peculiar, a primera vista. A pesar de la mutación, la célula sintetiza los canales de cloruro, que se hallan equipados para transportar una pequeña cantidad de cloruro. Sin embargo, el sistema del control de calidad

de la cédula impide que lo hagan, La célula posee varios cientos de proteínas ayudantes que permiten que el CFTR llegue a su lugar, inspeccionan el correcto plegamiento y lo conducen hasta la membrana celular. Los defectos de plegamiento, incluso aquellos sin importancia aparente, como la ausencia del aminoácido F508, se detectan rápidamente, lo que lleva a la destrucción inmediata de la proteína aberrante. Como resultado, el canal de cloruro parcialmente funcional nunca llega a la membrana celular. Como F508del es la causa más frecuente de la fibrosis quística, numerosos laboratorios en todo el mundo están tratando de localizar los puntos de control exacto en los que la molécula CFTR anómala no consigue “pasar el examen” y se envía a la “papelera de reciclaje”. El objetivo consiste en descubrir compuestos que alivien la enfermedad ala ayudar a la proteína a plegarse correctamente. De lograrse, se evitaría su destrucción sin intervenir en el reconocimiento y eliminación de otras cadenas polipeptídicas defectuosas existentes en la célula. La mutaciones que dan lugar a canales CFTR inusualmente cortos representan aproximadamente el 10 % de los casos de fibrosis quística en todo el mundo. Una de ellas, conocida como W1282X, contribuye al 40% de los casos de fibrosis quística de pacientes israelíes. La proteína acaba truncada porque el gen contiene instrucciones equivocadas: estas indican al ribosoma que deje de añadir aminoácidos a la cadena a partir de la posición 1282 , lugar donde debe colocarse el triptófano (W), sin embargo la mutación induce la aparición de un codón de terminación. Además, las instrucciones intermedias del ARN mensajero también se identifican como aberrantes y se destruyen. De este modo , aunque pudiera evitarse de alguna manera la “señal de parada anticipada”, no se formaría la cantidad suficiente de proteína funcional. Por lo tanto, los fármacos contra W1282X tendrían que abordar dos problemas en lugar de uno. El último grupo de mutaciones que consideramos aquí reduce de la capacidad del canal para abrirse y es responsable del 5% de los casos de fibrosis quística en todo el mundo. La mutación provoca que la entrada del canal se quede atascada en su configuración cerrada, bloqueando el paso de cloruro al extracelular. Una de estas mutaciones es la G551D (cambia Glicina por ácido aspártico) y provoca síntomas de especial gravedad. MEDICAMENTOS PROMETEDORES Aunque no se sabe con exactitud como se produce el plegamiento anómalo de la proteína CFTR F508del y cómo la maquinaria de control de calidad de la célula detecta ese defecto. Resulta bastante sencillo determinar si un compuesto concreto mitigará los efectos de un error de plegamiento en las células humanas de cultivo. Mediante el uso de marcadores

fluorescentes, se pueden medir pequeños cambios en la concentración de cloruro que se desplaza a través de la membrana celular. Se puede deducir que el canal CFTR dañado ha recuperado parte de su funcionamiento cuando los iones traspasan la membrana después de la exposición a un medicamento potencialmente terapéutico. Si los iones no consiguen atravesarla se sigue buscando un compuesto más activo. De esta forma el compuesto

VX-809 ha demostrado una mejora en el transporte de cloruro en pacientes F508del, pero no mejora de forma significativa la función pulmonar de los pacientes estudiados. Los mejores resultados se han obtenido contra la mutación G551D. Tras ensayar 228.000 compuestos en células con canales de cloruro cerrados, se descubrió que el compuesto VX-770, activaba de forma selectiva el dominio regulador del CFTR y

aumentaba su función hasta en un 50% del valor normal. En sus primeros ensayos con pacientes se observó que había una significativa mejoría de la capacidad respiratoria luego de algunas semanas de tratamiento. Los resultados beneficiosos se mantuvieron durante todo el año que duró el estudio, los individuos tratados fueron hospitalizados con menos frecuencia e incrementaron su peso entre 3 y 4 kilogramos. Se están realizando los primeros ensayos clínicos con el objeto de conseguir la autorización de la Agencias Federal de Fármacos y Alimentos de Estados Unidos para comercializar el medicamento. Aunque se están llevando a cabo otros ensayos clínicos para las mutaciones más frecuentes sin resultados claros a la fecha, existe un creciente optimismo de que algún día se logrará por fin tratar las causas subyacentes a esta compleja enfermedad

PARA SABER MAS Rowe S. M, Clancy J.P. y Sorscher E. 2011. Investigación y Ciencia. 172. 73-77.(octubre) Rowe S. M., Miller S y Sorscher E. 2005. Cystic fibrosis. New England Journal of Medicine. 352:1992-2001. Cohen-Cymberknoh M, Shoseyov D y Kerem E. 2011. Managing cystic fibrosis: Strategies that increase life expectancy and improve quality of life. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 183(11): 1463-1471. Vega-Briceño L. 2009. CFTR: más que un canal de cloro. http://www.neumologia-pediatrica.cl Welch M and Smith A. 1996. Fibrosis Quistica. Inv y Cs febrero 8: 17-24.