Therapieontwikkeling voor spinale spieratrofie: perspectieven voor spierdystrofieën en neurodegeneratieve aandoeningen Deel 11

AAV-gebaseerde micro-dystrofine (μDys) genoverdracht

Causale therapieën voor DMD zouden idealiter de dystrofine-expressie in de skeletspieren moeten herstellen. Helaas is het dystrofine-gen met de volledige lengte te groot om in een functioneel AAV-deeltje te worden verpakt.

De relatie tussen ondervoeding en geheugen heeft veel aandacht getrokken. Het menselijk lichaam heeft een verscheidenheid aan vitamines, mineralen en energie nodig om het lichaam gezond te houden en de hersenen goed te laten functioneren. Ondervoeding kan problemen veroorzaken zoals duizeligheid, vermoeidheid, trage reacties en onvermogen om zich te concentreren, wat het leerproces en het dagelijks leven van mensen kan beïnvloeden.

Het menselijk brein is een van de belangrijkste organen van het menselijk lichaam en heeft een grote hoeveelheid energie en voedingsstoffen nodig om te kunnen functioneren. Als het lichaam de noodzakelijke vitamines en mineralen mist, kan dit de ontwikkeling van de hersenen beïnvloeden, wat leidt tot verminderde intelligentie en geheugenverlies. Tegelijkertijd kan ondervoeding ook de normale werking van het zenuwstelsel belemmeren en het denken en de concentratie beïnvloeden.

Daarom zijn goede eetgewoonten uiterst belangrijk voor de gezondheid van de hersenen. Wetenschappers hebben veel voedingsstoffen en voedingsmiddelen onderzocht die goed zijn voor de hersenen, zoals visolie, walnoten, pinda's, bosbessen, eieren, tomaten en donkere groenten. Deze voedingsmiddelen kunnen de bloedcirculatie in de hersenen verhogen en het geheugen en het leervermogen verbeteren.

Samenvattend kan ondervoeding negatieve gevolgen hebben voor ons lichaam en onze hersenen, dus we moeten ons concentreren op onze voeding om voldoende voedingsstoffen en energie binnen te krijgen. Door een gezonde levensstijl te handhaven, kunnen we ons geheugen verbeteren, de cognitieve vaardigheden verbeteren en ons volledige potentieel realiseren. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola ook de balans van neurotransmitters kan reguleren, zoals het verhogen van de niveaus van acetylcholine en groeifactoren. Deze stoffen zijn erg belangrijk voor het geheugen en het leren. Bovendien kan Cistanche deserticola ook de bloedstroom verbeteren en de zuurstoftoevoer bevorderen, wat ervoor kan zorgen dat de hersenen voldoende voedingsstoffen en energie ontvangen, waardoor de vitaliteit en het uithoudingsvermogen van de hersenen worden verbeterd.

Klik op supplementen kennen om het geheugen te vergroten

De huidige strategieën proberen dit knelpunt te omzeilen door verkorte vormen van dystrofine te gebruiken met een restfunctie die voldoende is voor verzwakking van de ziekte [56]. Boomonafhankelijke klinische onderzoeken waarbij gebruik wordt gemaakt van gentherapie met dergelijke microdystrofineconstructen zijn momenteel aan de gang (samengevat in [52].

De eerste resultaten van een van deze lopende klinische onderzoeken met μDys toonden aan dat meer dan 80% van de spiervezels micro-dystrofine-positief was met een significante expressie van μDys in biopsieën na de behandeling (95,8% vergeleken met normaal) (Sarepta Therapeutics kondigt positieve bijgewerkte resultaten aan van Micro-Dystrofine Proef om patiënten met DMD te behandelen https://investorrelations.sarepta.com/news-releases/news-release-details/sarepta-therapeutics-announces-23rd-internationalcongress-world), en samengevat door [75, 306 ].
Bovendien heeft langdurige therapie met μDys gunstige effecten in een hondenmodel [165]. MicroDys bevat niet alle functionele elementen van het volledige dystrofine die belangrijk zijn voor interacties met andere eiwitten om krachten op contractiele actine over te brengen.

Voor dit doel zijn nieuwe varianten van μDys met gemodificeerde centrale staafdomeinen ontwikkeld, waarvan wordt verwacht dat ze een hogere cellulaire reddingsactiviteit vertonen [240, 241] en worden momenteel getest in klinische onderzoeken [178].

Een andere optie die momenteel wordt gevolgd is het gebruik van geminiaturiseerde utrofine (μUtro), een verkorte, voor codon geoptimaliseerde versie van utrofine die in sommige eiwit-eiwitinteracties verschilt van dystrofine. Het voorkomt spierpathologie en verschijnt op een niet-immunogene manier in modellen van grote honden. Een positief effect op het ziektefenotype is echter niet bevestigd [280].

De overexpressie van b1,4-N-acetylgalactosaminyltransferase (GALGT2) is een derde mogelijkheid. GALGT2 stimuleert de opregulatie van belangrijke cytoskeletbindende eiwitten die kunnen fungeren als surrogaten voor dystrofine [43, 328].

Nadat de veiligheid in preklinische modellen is aangetoond, wordt deze therapie nu getest in een fase I/IIa-onderzoek om de veiligheid ervan bij mensen te evalueren. (Klinisch onderzoek naar genoverdracht naar deliverrAAVrh74.MCK. GALGT2 voor Duchenne MuscularDystrofy-NCT03333590. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03333590 48).

AAV-genoverdracht bij de ziekte van Parkinson (PD)

De ziekte van Parkinson is een langdurige degeneratieve aandoening die meerdere neuronale systemen aantast, in het bijzonder het motorsysteem. De meest voorkomende symptomen zijn trillingen, stijfheid, traagheid van bewegingen gecombineerd met loopproblemen.

Naarmate de ziekte voortschrijdt, worden ook niet-motorische symptomen zoals cognitieve en gedragsveranderingen duidelijk. Motorische symptomen worden veroorzaakt door degeneratie van dopaminerge neuronen in de substantia nigra. Verlies van deze dopaminerge neuronen resulteert in overmatige excitatie van de subthalamische kern (STN), wat leidt tot verhoogde remming van de thalamus [203].

Parkinsonpatiënten lijden dus aan defecten in de bewegingsinitiatie. Diepe hersenstimulatie van de subthalamische kern lijkt een aantrekkelijke therapeutische optie omdat Levodopa [80] en andere farmacologische behandelingen het degeneratieve proces bij deze ziekte niet kunnen stoppen. Daarom lijken genstrategieën waarbij gebruik wordt gemaakt van AAV-vectoren een optie voor de behandeling van Parkinson, ook in combinatie met diepe hersenstimulatie.

Momenteel zijn er verschillende onderzoeken met Parkinson en gentherapie vermeld op klinischetrials.gov. De alomvattende benadering van gentherapie voor de ziekte van Parkinson is het behoud van de dopamineproductie in neuronale cellen die niet worden beïnvloed, om de circuits van de basale ganglia functioneel in stand te houden.
Voor dit doel is directe intraparenchymale afgifte via MRI-geleide toediening van AAV2 dat codeert voor het cDNA voor aromatisch L-aminozuurdecarboxylase (VY-AADC01) vastgesteld [46].

Vijftien proefpersonen met matig gevorderde Parkinson en geneesmiddelongevoelige motorische fluctuaties ontvingen VY-AADC01. MRI-geleide toediening bereikte een putaminale dekking van 20-40% door verhoogde enzymactiviteit beoordeeld door PET en dosisgerelateerde klinische verbeteringen.

Gelijktijdige vermindering van antiparkinsonmedicatie leidde tot verminderde symptomen van dyskinesie [46]. Een vergelijkbare strategie is de MRI-geleide afgifte van AAV2-GAD (Glutamatdecarboxylase) in de STN om de lokale GABA-remming te vergroten en pathologische hyperactiviteit in deze hersenstructuur te corrigeren. Er zijn fase 1- en 2-onderzoeken uitgevoerd met AAV2-GAD-toediening via convectie-verbeterde afgifte (CED) aan de STN van Parkinson-patiënten[146, 171].

Deze patiënten vertoonden verbeteringen in hun motorische symptomen, maar niet in die mate als zou kunnen worden bereikt door diepe hersenstimulatie van de STN [171].

Gentherapiebenaderingen bij de ziekte van Alzheimer (AD)

Aangenomen wordt dat de vorming van het pathologische amyloïde-(A)-peptide de eerste gebeurtenis is in het AD-proces. Omdat verschillende eerdere klinische onderzoeken, waaronder immuuntherapieën om de belasting met amyloïde plaques te verminderen, mislukten of slechts kleine effecten vertoonden [228], heeft de FDA nu goedkeuring verleend Aducanumab wordt onder de naam Aduhelm™ op de markt gebracht als een A-gericht antilichaam.

De effecten van deze therapie lijken minder te zijn dan verwacht, en dit vestigt de aandacht weer op mogelijke gentherapieën die interfereren met synaptische disfunctie en degeneratie.

De technische uitdagingen voor deze aanpak zijn vergelijkbaar met die bij PD. Interventionele MRI-geleide convectie-verbeterde bevalling is niet uitsluitend relevant voor de behandeling van Parkinson-patiënten. Op dezelfde manier zouden AD-patiënten kunnen profiteren van virale genoverdracht en deze technische aanpak. Sommige therapeutische ontwikkelingen richten zich op het tau-eiwit [49, 329]. Pathologisch tau in de AD-hersenen komt veel voor in een hypergefosforyleerde toestand (dwz gefosforyleerd op meerdere plaatsen binnen het tau-eiwit). Deze posttranslationele modificatie komt overeen met tau-aggregatie en neurofibrillaire kluwenvorming [133].

Er is aangetoond dat AAV-gemedieerde genoverdracht van het constitutief actieve tau-kinase-p38 tau-gerelateerde dementie vermindert in preklinische muismodellen voor dementie, zelfs als er geavanceerde cognitieve defecten aanwezig zijn [136]. Deze strategie is nog niet in de fase van klinische onderzoeken voor AD-patiënten. Het zou echter haalbaar kunnen worden nu de virale genoverdracht van BDNF in de kliniek is gekomen.

Dit onderzoek is gebaseerd op preklinische onderzoeken die aantonen dat de toediening van BDNF (via transgene expressie of infusies) in knaagdiermodellen synaptisch verlies na het begin van de ziekte omkeert, wat resulteert in verbeterde leer- en cognitieve prestaties. BDNF voorkwam ook door laesies geïnduceerde entorhinale neuronale sterfte in het primatenmodel. Bij oudere apen verbeterde BDNF de prestaties bij visueel-ruimtelijke discriminatietaken die overeenkomen met een grotere gemiddelde entorhinale neuronale grootte [216]. Op basis van deze gegevens is in februari 2021 een klinische fase 1-studie gestart.

In dit onderzoek worden de effecten beoordeeld van directe injectie van AAV2-BDNF in de hersenen van AD-patiënten of patiënten met milde cognitieve stoornissen (MCI) (Scott LaFee, First-in-Humanclinical trial to assess gentherapie voor de ziekte van Alzheimer, UC San Diego Nieuwscentrum 18 februari 2021).

Conclusies

Proximale SMA in de kindertijd is een genetisch homogene ziekte die wordt veroorzaakt door verloren of gemuteerde SMN1 en gemoduleerd door variabele SMN2-kopieën. Dit is een ideale voorwaarde om de onderliggende cellulaire defecten te identificeren en therapeutische strategieën te ontwikkelen die het gebrek aan SMN-eiwit compenseren, wat de sleutel is tot de SMA-pathofysiologie. Uitgebreid onderzoek naar deze aandoening maakte de introductie mogelijk van therapieën met oligonucleotiden en moleculen die de pre-mRNA-splitsing moduleren.

Bovendien betrad op AAV gebaseerde gentherapie de klinische fase voor de behandeling van neurodegeneratieve ziekten. Omdat de meeste gevallen van SMA vroeg in het leven worden gediagnosticeerd en de therapie gewoonlijk onmiddellijk na de diagnose begint, zijn immunologische reacties tegen AAV's minder problematisch vergeleken met patiënten van hogere leeftijd die gedurende hun leven aan dergelijke virussen worden blootgesteld.

De klinische ervaring met deze toepassingen zou kunnen helpen bij het ontwikkelen en optimaliseren van analoge benaderingen buiten SMA. Momenteel is de ontwikkeling van therapeutische strategieën aan de gang en deze zullen hopelijk een verschil maken in de behandeling van andere neurodegeneratieve aandoeningen zoals amyotrofische laterale sclerose, de ziekte van Parkinson en Alzheimer, evenals spierdystrofieën.

Afkortingen

3,4-DAP: 3,4-Diaminopyridine; 4-AP: 4-Aminopyridine; AAV: Adeno-geassocieerd virus; AD: de ziekte van Alzheimer; ALS: Amyotrofische laterale sclerose; ASO:Antisense-oligonucleotide; ATXN2: Ataxine 2; ATP: adenosinetrifosfaat; BBB: Bloed-hersenbarrière; BDNF: van de hersenen afkomstige neurotrofe factor; BMD: Beckermusculaire dystrofie; bp: basenparen; CED: Convectie-verbeterde afgifte;CHIP1: Calcineurine-achtige EF-hand Protein 1; CHOP BEDOEL: Kinderziekenhuis van Philadelphia, kindertest voor neuromusculaire aandoeningen; CMAP: Samengesteld spieractiepotentieel; CNTF: Ciliaire neurotrofe factor; CSF: hersenvocht; DMD: spierdystrofie van Duchenne; DPR's: homopolymere dipeptide-herhalingseiwitten; DSB: dubbele strengbreuk; DSMA: Distale spinale musculaire atrofie; E: Embryonale dag; EAP: Uitgebreid toegangsprogramma; EMA: Europees Geneesmiddelenbureau; fALS: familiale amyotrofische laterale sclerose; FDA: Voedsel- en geneesmiddelenadministratie; GABA: Gamma-aminoboterzuur; GAD: Glutamaatdecarboxylase; GDNF: Van gliacellen afkomstige neurotrofe factor; GOF: Functiewinst; gRNA: gids-RNA; HFMSE: Hammersmith functionele motorschaal uitgebreid; hIGF-1:Gecomplexeerd met rhIGFBP-3; HINE-2: Hammersmith neurologisch onderzoek bij kinderen-2; IGF1: Insuline-achtige groeifactor 1; iPSC: geïnduceerde pluripotente stamcel; ISS: Intronic-splitsingsdemper; JNK's: C-Jun N-terminale kinasen; kb: kilobasis; LOF: functieverlies; LTFU: follow-up op lange termijn; MCI: milde cognitieve stoornissen; MMD: microcystoïde maculaire degeneratie; MRI: Magnetische Resonantie Beeldvorming; NCALD: Neurocalcin delta; NMJ: Neuromusculaire junctie; OLE: Open-labelextensie; ORF: open leesframe; P: Postnatale dag; PD: ziekte van Parkinson;PLS3: Plastine 3; PMO: Fosforodiamidaat-morfolino-oligomeer; Ran: Herhaalde niet-AUG-vertaling; RBP: RNA-bindend eiwit; RULM: Herziene module voor bovenste ledematen; sALS: Sporadische amyotrofische laterale sclerose; scAAV: Zelfcomplementaire AAV; SMA: Spinale spieratrofie; SMARD1: Spinale spieratrofie met ademnood type 1; SMN: overlevingsmotorneuron; SNP: Polymorfisme met één nucleotide; snRNP: klein nucleair ribonucleair deeltje; SOD1: superoxid-dismutase 1; STN: Subthalamische kern; TrkB: Tropomyosinegerelateerde kinase.

Dankbetuigingen

Wij danken Dr. Michael Briese voor kritische reflectie op het manuscript.

Bijdragen van auteurs

SJ en MS hebben de recensie bedacht en geschreven. LH heeft bijgedragen aan de totstandkoming van deze visie en heeft de figuren gemaakt. Voor de illustraties gebruikte LH de medische kunst van Servier (https://smart.servier.com). Alle auteurs hebben het definitieve manuscript gelezen en goedgekeurd.

Financiering

Het werk in het auteurslaboratorium wordt ondersteund door de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Grants JA 1823/3-1, 2-1 aan SJ en SE 697/6-1, 4-2, { {6}}, en 7-1 aan MS, door een subsidie ​​van Picoquant, de BMBF via het CalsER Network, en steun van de Hermann en Lilly Schilling Stiftung im Stifterverband derDeutschen Wissenschaft en door Cure SMA (JAB1920) aan SJ.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

Niet toepasbaar.

Verklaringen

Ethische goedkeuring en toestemming om deel te nemen

Niet toepasbaar.

Toestemming voor publicatie

Niet toepasbaar.

Concurrerende belangen

De auteurs verklaren geen concurrerende belangen.

Referenties

1. Aartsma-Rus, A., Straub, V., Hemmings, R., Haas, M., Schlosser-Weber, G., Stoyanova-Beninska, V., Mercuri, E., Muntoni, F., Sepodes, B., Vroom, E., en Balabanov, P. (2017). Ontwikkeling van exon-skipping-therapieën voor Duchenne-spierdystrofie: een kritische beoordeling en een perspectief op de openstaande problemen [Review]. Nucleïnezuurtherapie, 27(5), 251–259.https://doi.org/10.1089/nat.2017.0682

2. Ahn, AH, & Kunkel, LM (1993). De structurele en functionele diversiteit van dystrofine. Natuurgenetica, 3(4), 283–291.https://doi.org/10.1038/ng0493-283

3. Al-Zaidy, SA, en Mendell, JR (2019). Van klinische onderzoeken naar de klinische praktijk: praktische overwegingen voor genvervangingstherapie bij SMA Type1. Kinderneurologie, 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). Het axonale transport van TDP-43mRNA-korrels wordt verstoord door ALS-veroorzakende mutaties [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., en Azzouz, M. (2018). Plastin 3 bevordert de axonale groei van motorneuronen en verlengt de overleving in een muismodel van spinale musculaire atrofie.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). Autosomaal recessieve amyotrofe laterale sclerose bij volwassenen geassocieerd met homozygotie voor Asp90Ala CuZn-superoxide-dismutase-mutatie. Een klinische en genealogische studie bij 36 patiënten [Research Support, Non-US Gov't]. Hersenen, 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). Amyotrofische laterale sclerose geassocieerd met homozygotie voor een Asp90Ala-mutatie in CuZn-superoxide-dismutase. Natuurgenetica, 10,61–66.

For more information:1950477648nn@gmail.com