Achondroplasie ist die häufigste Form des Kleinwuchses. Sie beruht auf einer aktivierenden Mutation des Gens, das den Fibroblasten-Wachstumsfaktor-Rezeptor 3 (FGFR3) kodiert. Diese konstitutive Aktivierung des Rezeptors stört die Knochenbildung und -verlängerung, indem sie zahlreiche intrazelluläre Signalwege dereguliert, darunter die Kinasen ERK1/2, p38, den PI3K/AKT-Signalweg oder auch die STAT, die die Proliferation und Differenzierung der Chondrozyten steuern. FGFR3 interagiert zudem mit dem Indian-hedgehog-Signalweg (Ihh), der für die Chondrozytendifferenzierung essenziell und vollständig vom Primärzilium abhängig ist. Nun hatte die Arbeitsgruppe zuvor einen Defekt der Elongation dieses Primärziliums in murinen und humanen Chondrozyten mit der Mutation nachgewiesen: Die regelmäßige Ausrichtung der Primärzilien ist für die säulenförmige Stapelung der Chondrozyten innerhalb der Wachstumsfuge verantwortlich, eine Organisation, die für die Knochenverlängerung unverzichtbar ist. Die Identifizierung neuer Moleküle, die auf die FGFR3-Signalgebung abzielen, stellt daher eine bedeutende therapeutische Herausforderung dar, und natürliche Verbindungen pflanzlichen Ursprungs stellen erstrangige Kandidaten dar.
Die Forscher interessierten sich für eine phenolische Verbindung, das (-)-Epicatechin, das aus Theobroma cacao, dem Kakaobaum, isoliert wird. Sie zeigten zunächst in vitro an humanen und murinen Chondrozyten sowie an HEK293-Zellen, die mit verschiedenen mutierten FGFR3-Konstrukten transfiziert wurden, dass dieses Molekül die dem Rezeptor nachgeschalteten Signalwege wirksam hemmt. Ergänzende Ansätze des molekularen Dockings und der Molekulardynamik wurden eingesetzt, um die Interaktion von (-)-Epicatechin mit den Kinasen ERK1, ERK2 und p38 zu untersuchen. Eine in einem murinen Fgfr3-Modell durchgeführte Transkriptomanalyse ergab, dass die Expression ziliärer Boten-RNA verändert und signifikant durch die Signalwege Indian hedgehog und PKA beeinflusst war. (-)-Epicatechin erwies sich als fähig, die veränderten Expressionen der Gene wiederherzustellen, die sowohl die strukturelle Organisation des Primärziliums als auch die Ziliogenese steuern.
Die Auswirkungen auf das Knochenwachstum wurden anschließend am murinen Achondroplasie-Modell Fgfr3^Y367C/+ untersucht. In einer Ex-vivo-Kultur von Femora über sechs Tage hob (-)-Epicatechin den Knochenwachstumsdefekt auf. In vivo steigerten tägliche subkutane Injektionen, die jungen Mäusen ab dem ersten Lebenstag über zwei Wochen verabreicht wurden, die Knochenverlängerung und korrigierten die in den Chondrozyten beobachteten Anomalien des Primärziliums. Diese Korrektur förderte die charakteristische säulenförmige Organisation der abgeflachten proliferativen Chondrozyten und verbesserte so die Knochenverlängerung.
Diese Proof-of-Concept-Studie stützt das Potenzial von (-)-Epicatechin als Kandidatenmolekül für die Behandlung der Achondroplasie.