Terapiutveckling för spinal muskelatrofi: Perspektiv för muskeldystrofier och neurodegenerativa sjukdomar Del 11

AAV-baserad mikrodystrofin (µDys) genöverföring

Orsaksbehandlingar för DMD bör helst återställa dystrofinuttrycket i skelettmuskulaturen. Tyvärr är dystrofingenen i full längd för stor för att kunna packas in i en funktionell AAV-partikel.

Förhållandet mellan undernäring och minne har väckt stor uppmärksamhet. Människokroppen behöver en mängd olika vitaminer, mineraler och energi för att hålla kroppen frisk och hjärnan fungera väl. Undernäring kan orsaka problem som yrsel, trötthet, långsam reaktion och oförmåga att koncentrera sig, vilket kan påverka människors inlärning och dagliga liv.

Den mänskliga hjärnan är ett av människokroppens viktigaste organ och kräver en stor mängd energi och näringsämnen för att fungera. Om kroppen saknar nödvändiga vitaminer och mineraler kan det påverka hjärnans utveckling, vilket leder till minskad intelligens och minnesförlust. Samtidigt kan undernäring också hindra nervsystemets normala arbete och påverka tänkande och koncentration.

Därför är goda matvanor oerhört viktiga för hjärnans hälsa. Forskare har undersökt många näringsämnen och livsmedel som är bra för hjärnan, som fiskolja, valnötter, jordnötter, blåbär, ägg, tomater och mörka grönsaker. Dessa livsmedel kan öka blodcirkulationen i hjärnan och förbättra minnet och inlärningsförmågan.

Sammanfattningsvis kan undernäring ha negativa effekter på våra kroppar och hjärnor, så vi bör fokusera på vår kost för att få i oss tillräckligt med näringsämnen och energi. Genom att upprätthålla en hälsosam livsstil kan vi förbättra vårt minne, förbättra kognitiva förmågor och realisera vår fulla potential. Det kan ses att vi behöver förbättra minnet, och Cistanche deserticola kan förbättra minnet avsevärt, eftersom Cistanche deserticola också kan reglera balansen av signalsubstanser, som att öka nivåerna av acetylkolin och tillväxtfaktorer. Dessa ämnen är mycket viktiga för minne och inlärning. Dessutom kan Cistanche deserticola också förbättra blodflödet och främja syretillförseln, vilket kan säkerställa att hjärnan får tillräckligt med näringsämnen och energi, och därigenom förbättra hjärnans vitalitet och uthållighet.

Klicka på vet kosttillskott för att öka minnet

Nuvarande strategier försöker kringgå denna flaskhals genom att använda trunkerade former av dystrofin med en kvarvarande funktion som är tillräcklig för att dämpa sjukdomen [56]. Trädoberoende kliniska prövningar, med användning av genterapi med sådana mikro-dystrofinkonstruktioner, pågår för närvarande (sammanfattat i [52].

Initiala resultat från en av dessa pågående kliniska prövningar med μDys visade att mer än 80 % av muskelfibrerna var mikrodystrofinpositiva med signifikant uttryck av μDys i biopsier efter behandling (95,8 % jämfört med normala) (Sarepta Therapeutics tillkännager positiva, uppdaterade resultat från mikro-Dystrophin Trial to Treat Patients with DMD https://investorrelations.sarepta.com/news-releases/news-release-details/sarepta-therapeutics-announces-23rd-internationalcongress-world), och sammanfattat av [75, 306. ].
Dessutom har långtidsterapi med μDys gynnsamma effekter i en hundmodell[165]. MicroDys innehåller inte alla funktionella element i fullängdsdystrofinet som är viktiga för interaktioner med andra proteiner för att förmedla krafter på kontraktilt aktin.

För detta ändamål har nya varianter av μDyswith modifierade centrala stavdomäner, som förväntas uppvisa högre cellulär räddningsaktivitet, utvecklats [240, 241] och testas för närvarande i kliniska prövningar [178].

Ett annat alternativ som för närvarande följs är användningen av miniatyriserat utrofin (μUtro), en förkortad kodonoptimerad version av utrofin som skiljer sig i vissa protein-protein-interaktioner från dystrofin. Det förhindrar muskelpatologi och uppträder på ett icke-immunogent sätt i stora hundmodeller. En positiv effekt på sjukdomsfenotypen har dock inte bekräftats [280].

Överuttrycket av b1,4-N-acetylgalaktosaminyltransferas (GALGT2) är en tredje möjlighet. GALGT2 stimulerar uppregleringen av viktiga cytoskelettbindande proteiner som kan fungera som surrogat av dystrofin [43, 328].

Efter att ha demonstrerat säkerhet i prekliniska modeller testas denna terapi nu i en fas I/IIa-studie för att utvärdera dess säkerhet hos människor. (Gene Transfer Clinical Trial till deliverrAAVrh74.MCK. GALGT2 för Duchenne MuscularDystrophy-NCT03333590. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03333590 48).

AAV-genöverföring vid Parkinsons sjukdom (PD)

Parkinsons sjukdom är en långvarig degenerativ störning som påverkar flera neuronala system, särskilt det motoriska systemet. De vanligaste symtomen inkluderar skakningar, stelhet, långsamma rörelser i kombination med gångsvårigheter.

När sjukdomen fortskrider blir icke-motoriska symtom som kognitiva och beteendemässiga förändringar också uppenbara. Motoriska symtom orsakas av degenerering av dopaminerga neuroner i substantia nigra. Förlust av dessa dopaminerga neuroner resulterar i överexcitation av den subtalamiska kärnan (STN) vilket leder till ökad hämning av talamus [203].

Således lider Parkinsonspatienter av defekter i rörelseinitiering. Djup hjärnstimulering av den subtalamiska kärnan framstår som ett attraktivt terapeutiskt alternativ eftersom Levodopa [80] och andra farmakologiska behandlingar inte kan stoppa den degenerativa processen i denna sjukdom. Därför framstår genstrategier som använder AAV-vektorer som ett alternativ för behandling av PD, även i kombination med djup hjärnstimulering.

För närvarande finns det flera prövningar som involverar PD och genterapi listade på clinicaltrials.gov. Det allomfattande tillvägagångssättet för genterapi för PD är att bevara dopaminproduktionen i neuronala celler som inte påverkas, för att funktionellt upprätthålla kretsarna i basalganglierna.
För detta ändamål har direkt intraparenkymal leverans via MRI-styrd administrering avAAV2 som kodar för cDNA för aromatiskt L-aminosyradekarboxylas (VY-AADC01) etablerats [46].

Femton försökspersoner med måttligt avancerad PD och läkemedelsrefraktära motoriska fluktuationer fick VY-AADC01. MRT-vägd administrering uppnådde putaminal täckning på 20–40 % genom ökad enzymaktivitet bedömd av PET och dosrelaterade kliniska förbättringar.

Samtidig minskning av antiparkinsonmedicinering till minskade symtom på dyskinesi [46]. En liknande strategi är MRI-styrd AAV2-GAD (Glutamatdekarboxylas) tillförsel till STN för att öka lokal GABA-hämning och korrigera patologisk hyperaktivitet i denna hjärnstruktur. Fas 1 och 2-studier har utförts med AAV2-GAD-leverans via konvektionsförstärkt leverans (CED) till STN hos PD-patienter[146, 171].

Dessa patienter visade förbättringar i sina motoriska symtom, men inte i en sådan utsträckning som kunde uppnås genom djup hjärnstimulering av STN [171].

Genterapimetoder vid Alzheimers sjukdom (AD)

Genereringen av den patologiska amyloid-(A)-peptiden tros vara den första händelsen i AD-processen. Sedan flera tidigare kliniska prövningar inklusive immunterapier för att minska belastningen med amyloidplack misslyckades eller endast visade mindre effekter [228], har FDA nu godkänt Aducanumab marknadsförs under namnet Aduhelm™ som en A-riktad antikropp.

Effekterna av denna terapi verkar vara mindre än förväntat, och detta drar uppmärksamheten tillbaka till potentiella genterapier som stör synaptisk dysfunktion och degeneration.

Tekniska utmaningar för detta tillvägagångssätt liknar dem i PD. Interventionell MRT-styrd konvektionsförstärkt leverans är inte enbart relevant för behandling av PD-patienter. På samma sätt kan AD-patienter dra nytta av viral genöverföring och detta tekniska tillvägagångssätt. Vissa terapeutiska utvecklingar fokuserar på tau-proteinet [49, 329]. Patologisk tau i AD-hjärnan är utbredd i ett hyperfosforylerat tillstånd (dvs fosforylerat på flera ställen i tau-proteinet). Denna posttranslationella modifiering motsvarar tau-aggregation och neurofibrillär trasselbildning [133].

AAV-medierad genöverföring av det konstitutivt aktiva taukinaset-p38 har visats minska tau-relaterad demens i prekliniska demensmusmodeller även när avancerade kognitiva defekter är närvarande [136]. Denna strategi har ännu inte kommit in i kliniska prövningar för AD-patienter. Det kan dock bli möjligt eftersom viral genöverföring av BDNF har kommit in på kliniken.

Denna studie är baserad på prekliniska studier som visar att BDNF-leverans (via transgent uttryck eller infusioner) i gnagarmodeller vänder synaptisk förlust efter sjukdomsdebut, vilket motsvarar förbättrad inlärning och kognitiv prestation. BDNF förhindrade också lesionsinducerad entorhinalneuronal död i primatmodellen. Hos åldrade apor förbättrade BDNF prestationer i visuospatiala diskrimineringsuppgifter som motsvarar ökade genomsnittliga entorhinala neuronala storlekar [216]. Baserat på dessa data har en klinisk fas 1-prövning startat i februari 2021.

Detta testbedömer effekterna av direkt injektion av AAV2-BDNF i hjärnan hos AD-patienter eller patienter med mild kognitiv funktionsnedsättning (MCI) (Scott LaFee, First-in-Humanclinical studie för att utvärdera genterapi för Alzheimers sjukdom, UC San Diego Nyhetscenter 18 februari 2021).

Slutsatser

Childhood proximal SMA är en genetiskt homogen sjukdom orsakad av förlorad eller muterad SMN1 och modulerad av variabla SMN2-kopior. Detta är ett idealiskt tillstånd för att identifiera de underliggande cellulära defekterna och för att utveckla terapeutiska strategier som kompenserar för bristen på SMN-protein, vilket är nyckeln till SMA-patofysiologi. Omfattande forskning om detta tillstånd möjliggjorde introduktionen av terapier med oligonukleotider och molekyler som modulerar pre-mRNA-splitsning.

Dessutom gick AAV-baserad genterapi in i det kliniska stadiet för behandling av neurodegenerativ sjukdom. Eftersom de flesta fall av SMA diagnostiseras tidigt i livet och behandlingen vanligtvis startar omedelbart efter diagnos, är immunologiska reaktioner mot AAV mindre problematiska jämfört med patienter i hög ålder som exponeras för sådana virus under sina liv.

Den kliniska erfarenheten av dessa applikationer kan hjälpa till att utveckla och optimera analoga tillvägagångssätt bortom SMA. För närvarande pågår utvecklingen av terapeutiska strategier och kommer förhoppningsvis att göra skillnad i behandlingen av andra neurodegenerativa sjukdomar såsom amyotrofisk lateralskleros, Parkinsons och Alzheimers sjukdom samt muskeldystrofier.

Förkortningar

3,4-DAP: 3,4-Diaminopyridin; 4-AP: 4-Aminopyridin; AAV: Adeno-associerat virus; AD: Alzheimers sjukdom; ALS: Amyotrofisk lateralskleros; ASO: Antisense-oligonukleotid; ATXN2: Ataxin 2; ATP: Adenosintrifosfat; BBB: Blod-hjärnbarriär; BDNF: hjärnhärledd neurotrofisk faktor; BMD: Beckermuskulär dystrofi; bp: baspar; CED: Konvektionsförbättrad leverans;CHIP1: Calcineurin-liknande EF-handprotein 1; CHOP INTEND: Barnsjukhuset i Philadelphia spädbarnstest av neuromuskulära störningar; CMAP: Sammansatt muskelaktionspotential; CNTF: Ciliär neurotrofisk faktor; CSF: Cerebrospinalvätska; DMD: Duchennes muskeldystrofi; DPR: homopolymera dipeptidrepetitionsproteiner; DSB: Dubbeltrådsbrott; DSMA: Distal spinal muskelatrofi; E:Embryonal dag; EAP: Utökat åtkomstprogram; EMA: European Medicines Agency; fALS: Familjär amyotrofisk lateralskleros; FDA: Livsmedels- och läkemedelsadministration; GABA: Gamma-aminosmörsyra; GAD: glutamatdekarboxylas; GDNF: Glialcell-härledd neurotrofisk faktor; GOF: Funktionsvinst; gRNA:guide-RNA; HFMSE: Hammersmiths funktionella motorskala utökad; hIGF-1:Komplex med rhIGFBP-3; HINE-2: Hammersmiths neurologisk undersökning för spädbarn-2; IGF1: Insulinliknande tillväxtfaktor 1; iPSC: Inducerad pluripotent stamcell;ISS: Intronisk skarvljuddämpare; JNK: C-Jun N-terminala kinaser; kb: Kilobas; LOF: Förlust av funktion; LTFU: Långsiktig uppföljning; MCI: Lindrig kognitiv funktionsnedsättning;MMD: Mikrocystoid makuladegeneration; MRI: Magnetic Resonance Imaging;NCALD: Neurocalcin delta; NMJ: Neuromuskulär korsning; OLE: Open-labelextension; ORF: Öppen läsram; P: Postnatal dag; PD: Parkinsons sjukdom;PLS3: Plastin 3; PMO: Fosforodiamidatmorfolinooligomer; Ran: Upprepa associerad icke-AUG-översättning; RBP: RNA-bindande protein; RULM: Revised Upper Limb Module; sALS: Sporadisk amyotrofisk lateralskleros; scAAV: Självkomplementär AAV; SMA: Spinal muskelatrofi; SMARD1: Spinal muskelatrofi med andningsbesvär typ 1; SMN: Survival Motor Neuron; SNP: enkelnukleotidpolymorfism; snRNP: Liten nukleär ribonukleär partikel; SOD1: Superoxiddismutas 1; STN: Subthalamisk kärna; TrkB: Tropomyosinrelaterat kinas.

Erkännanden

Vi tackar Dr Michael Briese för kritisk reflektion kring manuskriptet.

Författarnas bidrag

SJ och MS tänkte ut och skrev recensionen. LH bidrog till att skapa synen och skapade figurerna. LH använde Servier medicinsk konst för illustrationerna (https://smart.servier.com). Alla författare läste och godkände slutmanuskriptet.

Finansiering

Arbete i författarlabbet stöds av Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Grants JA 1823/3-1, 2-1 till SJ och SE 697/6-1, 4-2, { {6}} och 7-1 tillMS, genom ett bidrag från Picoquant, BMBF genom CalsER Network, och stöd från Hermann och Lilly Schilling Stiftung im Stifterverband derDeutschen Wissenschaft och av Cure SMA (JAB1920) till SJ.

Tillgänglighet av data och material

Inte tillämpbar.

Deklarationer

Etiskt godkännande och samtycke till att delta

Inte tillämpbar.

Samtycke till publicering

Inte tillämpbar.

Konkurrerande intressen

Författarna deklarerar inga konkurrerande intressen.

Referenser

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). Utveckling av exon skipping terapier för Duchenne muskeldystrofi: En kritisk granskning och ett perspektiv på de utestående frågorna [Review]. Nucleic Acid Therapeutics, 27(5), 251–259.https://doi.org/10.1089/nat.2017.0682

2. Ahn, AH, & Kunkel, LM (1993). Den strukturella och funktionella mångfalden av dystrofin. Nature Genetics, 3(4), 283–291.https://doi.org/10.1038/ng0493-283

3. Al-Zaidy, SA, & Mendell, JR (2019). Från kliniska prövningar till klinisk praktik: Praktiska överväganden för genersättningsterapi vid SMA Typ1. Pediatric Neurology, 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). Axonal transport av TDP-43mRNA-granuler försämras av ALS-orsakande 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 främjar axonal tillväxt av motorneuroner och förlänger överlevnaden i en musmodell av 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 vuxen-onsetamyotrofisk lateralskleros associerad med homozygositet för Asp90Ala CuZn-superoxiddismutasmutation. En klinisk och genealogisk studie av 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 lateralskleros associerad med homozygositet för anAsp90Ala-mutation i CuZn-superoxiddismutas. Naturgenetik, 10,61–66.

For more information:1950477648nn@gmail.com