¡Hola! Soy Álvaro Gutierrez-Uzquiza y me estreno en Dciencia para contaros de primera mano un trabajo recientemente publicado en la revista Nature Medicine, que se llevó a cabo en el Hospital Infantil de Filadelfia (CHOP) donde estuve trabajando durante 2 años. Llevo muchos años en ciencia, y he trabajado en distintos proyectos, pero este trabajo es especial. Nuestros hallazgos en el laboratorio han sido rápidamente aplicados en clínica y hemos conseguido mejorar la vida de un paciente con una enfermedad rara, y podremos ayudar a muchos otros pacientes a partir de ahora.

Vayamos paso por paso:

¿Dónde se desarrolló esta investigación?

Dentro del Hospital Infantil de Filadelfia (CHOP) se encuentra el Centro de genómica aplicada (Center for Applied Genomics), que se dedica a identificar mutaciones del ADN que ayuden a entender, diagnosticar y tratar un amplio rango de enfermedades; que abarcan desde enfermedades raras hasta cáncer. Es decir, cuando llega un paciente con una enfermedad que aún no conocemos bien, y por ello su diagnóstico es difícil y/o su tratamiento ineficaz, se le extrae ADN para estudiarlo en detalle. ¿Qué se hace con ese ADN extraído?, pues se compara con el ADN de otras personas con su misma enfermedad y con el de personas sanas y así, intentamos encontrar qué tienen diferente. Las diferencias entre los pacientes y las personas sanas podrían explicar la enfermedad. Es así como se identifican las mutaciones con alta posibilidad de ser las causantes de la enfermedad. Una vez identificadas las mutaciones, se procede a estudiar y entender sus bases moleculares mediante técnicas bioquímicas y desarrollo de modelos preclínicos.

¿Y en concreto, qué enfermedad tenía el paciente de nuestro caso?

Nuestro paciente, Daniel, de 10 años, presentaba una extraña patología englobada dentro de las enfermedades raras ya que afecta solo a un pequeño porcentaje de la población. Esta enfermedad, se llama linfangiomatosis, y es una enfermedad rara producida por malformaciones en los vasos linfáticos.

Dirás, ¿Qué son los vasos linfáticos? Pues son unos vasos o tubos delgados que transportan la linfa. La linfa está constituida principalmente por células del sistema inmune y líquido recogido del intersticio (espacio entre la piel y los órganos corporales). Básicamente, estos vasos se dedican a recoger líquido de los tejidos y lo conducen a las venas para que se incluya en la circulación sanguínea. Estos vasos tienen un complejo proceso de formación y maduración que depende de que una serie de moléculas se unan a los receptores que hay para esas moléculas en las células que formarán los vasos linfáticos. Como digo, es un proceso muy complejo, en el que intervienen varias moléculas, como podéis ver esquematizado en la figura 1.

Figura 1. Esquema del proceso de maduración de los vasos linfáticos, modificado de Coso, Bovay et al. Blood (2018).

Como Daniel tenía malformaciones en sus vasos linfáticos, y las células que forman estos tubos estaban mal comunicadas o mal formadas, se le producían quistes y pequeñas pérdidas o derrames (el termino médico es edemas). Esos quistes y edemas se producían en diversos tejidos, incluidos piernas, testículos, pulmones, etc… y claro, un edema en el pulmón produce que no puedas respirar.

El paciente había estado relativamente bien hasta los 10 años, momento en el que ingresó por primera vez en un hospital en Virginia (EEUU). ¿Por qué ingresó? Con el tiempo sus síntomas habían ido empeorando y presentaba incapacidad para hacer deporte, sensación de ahogo, hinchazón de sus piernas y testículos y acumulación de líquido en la región pericárdica (entorno al corazón). ¡¡Ojo!!, se le llegó a extraer, mediante drenaje, 1 litro de líquido del pecho a la semana (hablamos de un niño de 10 años).

¿Qué hicieron los médicos?

Empezaron a tratar al paciente de manera sintomática (drenajes torácicos, respiración ayudado con una botella de oxígeno, etc), y se le administró, además, el tratamiento habitual para esta enfermedad (sirolimus; fármaco que bloquea la ruta de señalización intracelular de mTOR). Aunque inicialmente Daniel mejoró, los síntomas volvieron a aparecer rápidamente, empeorando drásticamente su estado general de salud.

Mientras tanto… ¿qué estábamos haciendo en el laboratorio?

Durante este tiempo, en el laboratorio donde yo trabajaba, intentábamos identificar la causa de la enfermedad. Si la encontrábamos podríamos, no solo paliar sus síntomas, sino ir la raíz del problema. La información obtenida de su ADN nos dijo que Daniel no tenía ninguna de las mutaciones conocidas que se sabe causan esta enfermedad. Por ello, tras analizar el exoma (secuencia de ADN codificante) completo del paciente, el grupo de bioinformáticos, encabezados por el Dr. Dong Li, identificó una posible causa: una mutación de una sola base en un gen llamado A-RAF, que codifica para la proteína A-raf. Me enviaron la información y vimos que esa mutación producía un cambio de aminoácidos (serina por prolina). Es decir, el cambio en una sola letra de ese gen provocaba un cambio también en la secuencia de la proteína, y, por lo tanto, podía tener un impacto en la actividad de la proteína, podía hacer que no funcionara bien.

¿Qué la proteína A-raf funcionara mal podía ser la causa de la enfermedad?

Esta información era fundamental ya que, si identificábamos que la causa era que A-raf mutada funcionaba mal, podríamos usar algunos fármacos que controlaran la activación de A-raf y así hacer que volviera a funcionar bien. Lo que nos ayudó a seguir adelante es que además de Daniel, había un segundo paciente de 31 años con la misma mutación y que presentaba unos síntomas muy similares, aunque un poco menos acentuados.

Así que nos pusimos manos a la obra. Generamos diferentes modelos celulares en el laboratorio con la misma mutación que el paciente, incluyendo, células linfáticas maduras.

¿Qué ocurría? Se producía un cambio fenotípico (físicos) en las células. Parecía como que las células habían perdido la capacidad de adherirse unas a otras correctamente, tal y como se espera en células linfáticas maduras. Este fenotipo, explicaba todos los síntomas que presentaba el paciente, con células incapaces de madurar y que presentaban conexiones anómalas (figura 3 panel superior izquierda).

¿Por qué ocurría esto?

La mutación identificada afectaba a una serina (un aminoácido) susceptible de ser fosforilada. La fosforilación es un cambio químico que provocan unas proteínas sobre algunos aminoácidos concretos de otras proteínas. Este cambio químico sirve para controlar la actividad de la proteína que lo sufre. En este caso en concreto, cuando se fosforila, la proteína es secuestrada y permanece inactiva. Pero ahora, con la mutación, ya no estaba esta serina, había una prolina. Así, la proteína mutada no podía fosforilarse, por lo que A-raf estaba aberrantemente sobre-activada, lo que producía un aumento de la actividad de otras proteínas, como por ejemplo de las proteínas ERKs. Este descubrimiento fue fundamental, ya que nos ayudó a entender el mecanismo de acción de esa mutación.

Figura 2: Panel superior, esquema que muestra la construcción wt (azul) y la mutante (rojo) del gen A-raf. Panel inferior Modelo simplificado de la ruta de A-raf (Modificado de Molzan et al. Molecular and Cellular Biology (2010)).

¿Y qué pasaba si tratabas a las células mutadas con un fármaco que bloqueara este exceso de ERKs?

Al tratar las células con trametinib (inhibidor de MEK: MEK activa directamente a ERK, por lo que si bloqueamos a MEK, bloqueamos ERK), ¡¡se corregía el fenotipo!! Las células podían madurar correctamente y conectarse unas con otras. Además, había disponibles en clínica varios fármacos que inhiben MEK.

Según nuestros datos, esta proteína mutada estaba enviando señales erróneas a las células y les impedía comportarse como deben y formar los conductos linfáticos adecuados. Además, claramente demostraba que el inhibidor que le estaban dando al paciente (sirolimus) no iba a tener ningún efecto, dado que este fármaco bloquea otra ruta de señalización completamente diferente a la afecta en este paciente. Sin embargo, habíamos comprobado en nuestro modelo celular que inhibidores de MEK como cobimetinib o trematinib, actualmente disponibles en clínica, reducían la activación de ERKs y mejoraba la conexión entre células. ¡Teníamos a mano medicamentos que podían funcionar!

De las células a un modelo animal…

Además de los modelos celulares, diseñamos modelos en el pez cebra. En este caso, el Dr. Christoph Seiler, generó peces que expresaban esa proteína mutada exclusivamente en el sistema linfático del pez. Estos modelos, de nuevo, confirmaron los resultados que veíamos en las células: las células linfáticas que expresaban la proteína mutada tenían mayores niveles de activación de las ERKs, eran incapaces de formar conductos y crecían formando quistes incapaces de transportar la linfa. Además, el tratamiento con los inhibidores de MEK/ERK eran capaces de revertir estos efectos.

Figura 3: modelo de zebrafish transgénico en el cual se marcan los vasos sanguíneos en verde gracias a la expresión de la proteína GFP es esas células (modificado de Chavez et al. Front. Physiol., 08 March 2016)

Con toda esta información, recomendamos a los médicos y a la compañía aseguradora que probasen la inhibición de la ruta de MEK/ERK en vez de usar sirolimus. Tras varios estudios, comités de ética, etc… se aprobó el uso del trematinib para este caso concreto y los resultados fueron espectaculares. Tras solo 2 meses los médicos ya observaron una clara mejoría, a los 12 meses había doblado su capacidad respiratoria y no necesitaba de respiración asistida. El análisis por medio linfangiogramas de contraste mostró las mejoras que se habían producido en su circulación linfática; también mejoraron sus edemas en las piernas, y lo mas importante, pudo por fin abandonar el hospital tras un año y medio entrando y saliendo prácticamente a diario.

Además de salvar la vida de este chico, hemos propuesto un nuevo mecanismo para esta enfermedad que podría servir para aquellos casos que, como este, no responden a la terapia clásica.

Tras dos años de mucho trabajo por parte de bioinformáticos, bioquímicos, médicos y otros especialistas, Daniel, de 14 años, puede reanudar su vida normal….

En mi opinión, este caso es un ejemplo de como la genética, ayudada por la biología molecular, puede reclasificar enfermedades, descubrir nuevos efectos biológicos e identificar nuevos tratamientos que salvan vidas.

Artículo completo: Li D, March ME, Gutierrez-Uzquiza A et al., ARAF recurrent mutation causes central conducting lymphatic anomaly treatable with a MEK inhibitor. Nat Med. 2019 Jul;25(7):1116-1122. doi: 10.1038/s41591-019-0479-2. https://www.nature.com/articles/s41591-019-0479-2

Artículo accessible gracias a SpringerNatureSharedit

Otros links con información divulgativa de este trabajo:

https://www.chop.edu/news/mutation-discovery-leads-precise-treatment-child-severe-lymphatic-disorder

https://www.trialsitenews.com/chop-pulls-off-a-miraculous-treatment-thanks-to-zebrafish-dedicated-and-brilliant-physicians-and-a-strong-young-boy/

https://www.prnewswire.com/news-releases/mutation-discovery-leads-to-precise-treatment-for-child-with-severe-lymphatic-disorder-300878570.html

https://www.statnews.com/2019/07/01/precision-medicine-zebrafish-helped-save-boys-life/