Terapiudvikling for spinal muskelatrofi: Perspektiver for muskeldystrofier og neurodegenerative lidelser, del 11

AAV-baseret mikrodystrophin (µDys) genoverførsel

Kausale terapier for DMD bør ideelt set genoprette dystrofinekspression i skeletmuskulaturen. Desværre er dystrofingenet i fuld længde for stort til at blive pakket ind i en funktionel AAV-partikel.

Forholdet mellem underernæring og hukommelse har tiltrukket sig stor opmærksomhed. Den menneskelige krop har brug for en række vitaminer, mineraler og energi for at holde kroppen sund, og hjernen fungerer godt. Underernæring kan give problemer som svimmelhed, træthed, langsom reaktion og manglende koncentrationsevne, hvilket kan påvirke folks indlæring og dagligdag.

Den menneskelige hjerne er et af de vigtigste organer i den menneskelige krop og kræver en stor mængde energi og næringsstoffer for at fungere. Hvis kroppen mangler nødvendige vitaminer og mineraler, kan det påvirke hjernens udvikling, hvilket fører til nedsat intelligens og hukommelsestab. Samtidig kan underernæring også hæmme nervesystemets normale arbejde og påvirke tænkning og koncentration.

Derfor er gode spisevaner ekstremt vigtige for hjernens sundhed. Forskere har forsket i mange næringsstoffer og fødevarer, der er gode for hjernen, såsom fiskeolie, valnødder, jordnødder, blåbær, æg, tomater og mørke grøntsager. Disse fødevarer kan øge blodcirkulationen i hjernen og forbedre hukommelse og indlæringsevner.

Sammenfattende kan underernæring have negative effekter på vores krop og hjerne, så vi bør fokusere på vores kost for at få nok næringsstoffer og energi. Ved at opretholde en sund livsstil kan vi forbedre vores hukommelse, forbedre kognitive evner og realisere vores fulde potentiale. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola også kan regulere balancen af ​​neurotransmittere, såsom at øge niveauet af acetylcholin og vækstfaktorer. Disse stoffer er meget vigtige for hukommelse og indlæring. Derudover kan Cistanche deserticola også forbedre blodgennemstrømningen og fremme ilttilførsel, hvilket kan sikre, at hjernen får tilstrækkelige næringsstoffer og energi, og derved forbedre hjernens vitalitet og udholdenhed.

Klik på kend kosttilskud for at øge hukommelsen

Nuværende strategier forsøger at omgå denne flaskehals ved at bruge trunkerede former for dystrophin med en resterende funktion, der er tilstrækkelig til svækkelse af sygdommen [56]. Træ-uafhængige kliniske forsøg, der anvender genterapi med sådanne mikro-dystrophinkonstruktioner, er i øjeblikket i gang (opsummeret i [52].

Indledende resultater fra et af disse igangværende kliniske forsøg med μDys viste, at mere end 80 % af muskelfibrene var mikro-dystrophin-positive med signifikant ekspression af μDys i post-behandlingsbiopsier (95,8 % sammenlignet med normal) (Sarepta Therapeutics annoncerer positive, opdaterede resultater fra mikro-Dystrophin) Trial to Treat Patients with DMD https://investorrelations.sarepta.com/news-releases/news-release-details/sarepta-therapeutics-announces-23rd-internationalcongress-world), og opsummeret af [75, 306. ].
Derudover har langtidsterapi med μDys gavnlige effekter i en hundemodel[165]. MicroDys indeholder ikke alle de funktionelle elementer af dystrofin i fuld længde, som er vigtige for interaktioner med andre proteiner for at overføre kræfter på kontraktilt actin.

Til dette formål er nye varianter af μDyswith modificerede centrale stangdomæner, som forventes at udvise højere cellulær redningsaktivitet, blevet udviklet [240, 241] og testes i øjeblikket i kliniske forsøg [178].

En anden mulighed, der i øjeblikket følges, er brugen af ​​miniaturiseret utrophin (μUtro), en forkortet kodon-optimeret version af utrophin, der adskiller sig i nogle protein-protein-interaktioner fra dystrofin. Det forhindrer muskelpatologi og optræder på en ikke-immunogen måde i store hundemodeller. Imidlertid er en positiv effekt på sygdomsfænotypen ikke blevet bekræftet [280].

Overekspression af b1,4-N-acetylgalactosaminyltransferase (GALGT2) er en tredje mulighed. GALGT2 stimulerer opreguleringen af ​​nøglecytoskeletbindende proteiner, der kan fungere som surrogater af dystrofin [43, 328].

Efter at have demonstreret sikkerhed i prækliniske modeller, bliver denne terapi nu testet i et fase I/IIa-forsøg for at evaluere dens sikkerhed hos mennesker. (Gen Transfer Clinical Trial til levererAAVrh74.MCK. GALGT2 for Duchenne MuscularDystrophy-NCT03333590. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03333590 48).

AAV-genoverførsel ved Parkinsons sygdom (PD)

Parkinsons sygdom er en langvarig degenerativ lidelse, der påvirker flere neuronale systemer, især det motoriske system. De mest almindelige symptomer omfatter rysten, stivhed, langsom bevægelse kombineret med gangbesvær.

Efterhånden som sygdommen skrider frem, bliver ikke-motoriske symptomer som kognitive og adfærdsmæssige ændringer også tydelige. Motoriske symptomer er forårsaget af degeneration af dopaminerge neuroner i substantia nigra. Tab af disse dopaminerge neuroner resulterer i over-excitation af den subthalamiske kerne (STN), hvilket fører til øget hæmning af thalamus [203].

Parkinsons patienter lider således af defekter i bevægelsesinitiering. Dyb hjernestimulering af den subthalamiske kerne fremstår som en attraktiv terapeutisk mulighed, fordi Levodopa [80] og andre farmakologiske behandlinger ikke kan standse den degenerative proces i denne sygdom. Derfor fremstår genstrategier, der anvender AAV-vektorer, som en mulighed for behandling af PD, også i kombination med dyb hjernestimulering.

I øjeblikket er der flere forsøg, der involverer PD og genterapi, opført på clinicaltrials.gov. Den altomfattende tilgang til genterapi for PD er at bevare dopaminproduktionen i neuronale celler, som ikke er påvirket, for funktionelt at opretholde kredsløbet i de basale ganglier.
Til dette formål er direkte intraparenkymal levering via MRI-styret administration afAAV2, der koder for cDNA'et for aromatisk L-aminosyredecarboxylase (VY-AADC01) blevet etableret [46].

Femten forsøgspersoner med moderat fremskreden PD og lægemiddelrefraktære motoriske udsving modtog VY-AADC01. MRI-vejledt administration opnåede putaminal dækning på 20-40 % ved øget enzymaktivitet vurderet ved PET og dosisrelaterede kliniske forbedringer.

Samtidig reduktion af antiparkinsonmedicineret til reducerede symptomer på dyskinesi [46]. En lignende strategi er den MRI-guidede AAV2-GAD (Glutamatdecarboxylase) levering til STN for at øge lokal GABA-hæmning og korrigere patologisk hyperaktivitet i denne hjernestruktur. Fase 1- og 2-forsøg er blevet udført med AAV2-GAD-levering via konvektionsforbedret levering (CED) til STN af PD-patienter[146, 171].

Disse patienter viste forbedringer i deres motoriske symptomer, men ikke i en sådan grad, som kunne opnås ved dyb hjernestimulering af STN [171].

Genterapitilgange ved Alzheimers sygdom (AD)

Genereringen af ​​det patologiske amyloid-(A)-peptid menes at være den indledende begivenhed i AD-processen. Siden adskillige tidligere kliniske forsøg, herunder immunterapier til at reducere belastningen med amyloid-plak, mislykkedes eller kun viste mindre virkninger [228], har FDA nu godkendt Aducanumab markedsføres under navnet Aduhelm™ som et A-rettet antistof.

Effekterne af denne terapi ser ud til at være mindre end forventet, og dette trækker opmærksomheden tilbage til potentielle genterapier, der interfererer med synaptisk dysfunktion og degeneration.

Tekniske udfordringer for denne tilgang ligner dem i PD. Interventionel MR-styret konvektionsforstærket levering er ikke udelukkende relevant til behandling af PD-patienter. Ligeledes kan AD-patienter drage fordel af viral genoverførsel og denne tekniske tilgang. Nogle terapeutiske udviklinger fokuserer på tau-proteinet [49, 329]. Patologisk tau i AD-hjernen er udbredt i en hyperphosphoryleret tilstand (dvs. phosphoryleret på flere steder i tau-proteinet). Denne posttranslationelle modifikation svarer til tau-aggregation og neurofibrillær sammenfiltring [133].

AAV-medieret genoverførsel af den konstitutivt aktivetau kinase-p38 har vist sig at reducere tau-relateret demens i prækliniske demensmusemodeller, selv når avancerede kognitive defekter er til stede [136]. Denne strategi er endnu ikke gået ind i kliniske forsøg med AD-patienter. Det kan dog blive muligt, da viral genoverførsel af BDNF er kommet ind i klinikken.

Dette forsøg er baseret på prækliniske undersøgelser, der viser, at BDNF-levering (via transgen ekspression eller infusioner) i gnavermodeller reverserer synaptisk tab efter sygdomsdebut svarende til forbedret indlæring og kognitiv ydeevne. BDNF forhindrede også læsionsinduceret entorhinalneuronal død i primatmodellen. Hos ældre aber forbedrede BDNF præstationer i visuospatiale diskriminationsopgaver, der svarer til øgede gennemsnitlige entorhinale neuronale størrelser [216]. Baseret på disse data er et fase1 klinisk forsøg startet i februar 2021.

Denne prøvevurderer virkningerne af direkte injektion af AAV2-BDNF i hjernen hos AD-patienter eller patienter med mild kognitiv svækkelse (MCI) (Scott LaFee, First-in-Humanclinical trial for at vurdere genterapi for Alzheimers sygdom, UC San Diego Nyhedscenter 18. februar 2021).

Konklusioner

Childhood proksimal SMA er en genetisk homogen sygdom forårsaget af tabt eller muteret SMN1 og moduleret af variable SMN2 kopier. Dette er en ideel tilstand til at identificere de underliggende cellulære defekter og til at udvikle terapeutiske strategier, der kompenserer for manglen på SMN-protein, som er nøglen til SMA patofysiologi. Omfattende forskning i denne tilstand tillod introduktionen af ​​terapier med oligonukleotider og molekyler, der modulerer præ-mRNA-splejsning.

Derudover gik AAV-baseret genterapi ind i den kliniske fase til behandling af neurodegenerativ sygdom. Da de fleste tilfælde af SMA diagnosticeres tidligt i livet, og behandlingen normalt starter umiddelbart efter diagnosen, er immunologiske reaktioner mod AAV'er mindre problematiske sammenlignet med patienter i høj alder, der udsættes for sådanne vira i deres liv.

Den kliniske erfaring med disse applikationer kan hjælpe med at udvikle og optimere analoge tilgange ud over SMA. I øjeblikket er udviklingen af ​​terapeutiske strategier i gang og vil forhåbentlig gøre en forskel i behandlingen af ​​andre neurodegenerative lidelser såsom amyotrofisk lateral sklerose, Parkinsons og Alzheimers sygdom samt muskeldystrofier.

Forkortelser

3,4-DAP: 3,4-Diaminopyridin; 4-AP: 4-Aminopyridin; AAV: Adeno-associeret virus; AD: Alzheimers sygdom; ALS: Amyotrofisk lateral sklerose; ASO: Antisense-oligonukleotid; ATXN2: Ataxin 2; ATP: Adenosintriphosphat; BBB: Blod-hjerne-barriere; BDNF: hjerneafledt neurotrofisk faktor; BMD: Beckermuskulær dystrofi; bp: basepar; CED: Konvektionsforbedret levering;CHIP1: Calcineurin-lignende EF-håndprotein 1; CHOP INTEND: Børnehospitalet i Philadelphia spædbørn test af neuromuskulære lidelser; CMAP: Sammensat muskelaktionspotentiale; CNTF: Ciliær neurotrofisk faktor; CSF: Cerebrospinalvæske; DMD: Duchenne muskeldystrofi; DPR'er: Homopolymere dipeptid-gentagelsesproteiner; DSB: Dobbeltstrengsbrud; DSMA: Distal spinal muskelatrofi; E: Embryonal dag; EAP: Udvidet adgangsprogram; EMA: European Medicines Agency; fALS: Familiær amyotrofisk lateral sklerose; FDA: Fødevare- og lægemiddeladministration; GABA: Gamma-aminosmørsyre; GAD: Glutamatdecarboxylase; GDNF: Glialcelle-afledt neurotrofisk faktor; GOF: Forøgelse af funktion; gRNA:guide-RNA; HFMSE: Hammersmith funktionel motorskala udvidet; hIGF-1:Komplekseret med rhIGFBP-3; HINE-2: Hammersmith spædbarns neurologisk undersøgelse-2; IGF1: Insulinlignende vækstfaktor 1; iPSC: Induceret pluripotent stamcelle;ISS: Intronisk splejsningsdæmper; JNK'er: C-Jun N-terminale kinaser; kb: Kilo base; LOF: Tab af funktion; LTFU: Langsigtet opfølgning; MCI: Mild kognitiv svækkelse;MMD: Mikrocystoid makuladegeneration; MRI: Magnetisk resonansbilleddannelse;NCALD: Neurocalcin delta; NMJ: Neuromuskulær forbindelse; OLE: Open-labelextension; ORF: Åben læseramme; P: Postnatal dag; PD: Parkinsons sygdom;PLS3: Plastin 3; PMO: Phosphorodiamidat morpholino-oligomer; Ran: Gentag associeret ikke-AUG-oversættelse; RBP: RNA-bindende protein; REGEL: Revised Upper Limb Module; sALS: Sporadisk amyotrofisk lateral sklerose; scAAV: Selvkomplementær AAV; SMA: Spinal muskelatrofi; SMARD1: Spinal muskelatrofi med åndedrætsbesvær type 1; SMN: Survival Motor Neuron; SNP: Enkeltnukleotidpolymorfi; snRNP: Lille nuklear ribonuclear partikel; SOD1: Superoxid dismutase 1; STN: Subthalamisk kerne; TrkB: Tropomyosin-relateret kinase.

Anerkendelser

Vi takker Dr. Michael Briese for kritisk refleksion over manuskriptet.

Forfatteres bidrag

SJ og MS udtænkte og skrev anmeldelsen. LH var med til at udtænke synet og skabte figurerne. LH brugte Servier medicinsk kunst til illustrationerne (https://smart.servier.com). Alle forfattere læste og godkendte det endelige manuskript.

Finansiering

Arbejdet i forfatternes laboratorium understøttes af Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Grants JA 1823/3-1, 2-1 til SJ og SE 697/6-1, 4-2, { {6}} og 7-1 tilMS, ved et tilskud fra Picoquant, BMBF gennem CalsER Network, og støtte fra Hermann og Lilly Schilling Stiftung im Stifterverband derDeutschen Wissenschaft og af Cure SMA (JAB1920) til SJ.

Tilgængelighed af data og materialer

Ikke anvendelig.

Erklæringer

Etisk godkendelse og samtykke til deltagelse

Ikke anvendelig.

Samtykke til offentliggørelse

Ikke anvendelig.

Konkurrerende interesser

Forfatterne erklærer ingen konkurrerende interesser.

Referencer

1. Aartsma-Rus, A., Straub, V., Hemmings, R., Haas, M., Schlosser-Weber, G., Stoyanova-Beninska, V., Mercuri, E., Muntoni, F., Sepodes, B., Vroom, E., & Balabanov, P. (2017). Udvikling af exon skipping-terapier for Duchenne muskeldystrofi: En kritisk gennemgang og et perspektiv på de udestående problemer [Anmeldelse]. Nucleic Acid Therapeutics, 27(5), 251-259.https://doi.org/10.1089/nat.2017.0682

2. Ahn, AH, & Kunkel, LM (1993). Den strukturelle og funktionelle mangfoldighed af dystrofin. Nature Genetics, 3(4), 283-291.https://doi.org/10.1038/ng0493-283

3. Al-Zaidy, SA, & Mendell, JR (2019). Fra kliniske forsøg til klinisk praksis: Praktiske overvejelser for gensubstitutionsterapi i SMA Type1. Pædiatrisk Neurologi, 100, 3-11.https://doi.org/10.1016/j.pediatrneurol.2019.06.007

4. Alami, NH, Smith, RB, Carrasco, MA, Williams, LA, Winborn, CS, Han, SSW, Kiskinis, E., Winborn, B., Freibaum, BD, Kanagaraj, A., Clare, AJ, Badders , NM, Bilican, B., Chaum, E., Chandran, S., Shaw, CE, Eggan, KC, Maniatis, T., & Taylor, JP (2014). Aksonal transport af TDP-43mRNA-granulat er svækket af ALS-forårsagede mutationer [Research Support, NIH, Extramural Research Support, Non-US Gov't]. Neuron, 81(3),536-543.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2013.12.018

5. Alrafah, A., Karyka, E., Coldicott, I., Iremonger, K., Lewis, KE, Ning, K., & Azzouz, M. (2018). Plastin 3 fremmer motorneuron axonal vækst og forlænger overlevelse i en musemodel af spinal muskelatrofi. Molecular Therapy-Methods & Clinical Development, 9, 81–89.https://doi.org/10.1016/j.omtm.2018.01.007

6. Andersen, PM, Forsgren, L., Binzer, M., Nilsson, P., Ala-Hurula, V., Keranen, ML, Bergmark, L., Saarinen, A., Haltia, T., Tarvainen, I. ., Kinnunen, E., Udd, B., & Marklund, SL (1996). Autosomal recessiv voksen-onsetamyotrofisk lateral sklerose forbundet med homozygositet for Asp90Ala CuZn-superoxid dismutase mutation. En klinisk og genealogisk undersøgelse af 36 patienter [Research Support, Non-US Gov't]. Brain, 119 (Pt 4), 1153-1172.https://doi.org/10.1093/brain/119.4.1153

7. Andersen, PM, Nilsson, P., Ala Hurula, V., Keranen, ML, Tarvainen, I., Haltia, T., Nilsson, L., Binzer, M., Forsgren, L., & Marklund, SL. (1995). Amyotrofisk lateral sklerose forbundet med homozygositet for en Asp90Ala-mutation i CuZn-superoxiddismutase. Naturgenetik, 10,61–66.

For more information:1950477648nn@gmail.com