Razvoj terapije za spinalno mišično atrofijo: perspektive za mišične distrofije in nevrodegenerativne motnje 11. del

Prenos gena mikrodistrofina (µDys) na osnovi AAV

Vzročne terapije za DMD bi morale v idealnem primeru obnoviti izražanje distrofina v skeletnih mišicah. Na žalost je gen za distrofin v polni dolžini prevelik, da bi ga lahko zapakirali v funkcionalen delec AAV.

Razmerje med podhranjenostjo in spominom je pritegnilo veliko pozornosti. Človeško telo potrebuje vrsto vitaminov, mineralov in energije, da ohranja telo zdravo in možgane dobro deluje. Podhranjenost lahko povzroči težave, kot so omotica, utrujenost, počasna reakcija in nezmožnost koncentracije, kar lahko vpliva na učenje in vsakdanje življenje ljudi.

Človeški možgani so eden najpomembnejših organov v človeškem telesu in za svoje delovanje potrebujejo veliko energije in hranil. Če telesu primanjkuje potrebnih vitaminov in mineralov, lahko to vpliva na razvoj možganov, kar vodi do zmanjšane inteligence in izgube spomina. Obenem lahko podhranjenost ovira tudi normalno delovanje živčnega sistema ter vpliva na mišljenje in koncentracijo.

Zato so dobre prehranjevalne navade izjemno pomembne za zdravje možganov. Znanstveniki so raziskali številna hranila in živila, ki so dobra za možgane, kot so ribje olje, orehi, arašidi, borovnice, jajca, paradižnik in temna zelenjava. Ta živila lahko povečajo krvni obtok v možganih ter izboljšajo spomin in učne sposobnosti.

Če povzamemo, podhranjenost ima lahko negativne učinke na naše telo in možgane, zato se moramo osredotočiti na prehrano, da dobimo dovolj hranil in energije. Z ohranjanjem zdravega življenjskega sloga lahko izboljšamo spomin, povečamo kognitivne sposobnosti in uresničimo svoj polni potencial. Vidi se, da moramo izboljšati spomin, in Cistanche deserticola lahko bistveno izboljša spomin, saj lahko Cistanche deserticola uravnava tudi ravnovesje nevrotransmiterjev, kot je povečanje ravni acetilholina in rastnih faktorjev. Te snovi so zelo pomembne za spomin in učenje. Poleg tega lahko Cistanche deserticola izboljša pretok krvi in ​​spodbuja dostavo kisika, kar lahko zagotovi, da možgani prejmejo dovolj hranil in energije, s čimer se izboljša vitalnost in vzdržljivost možganov.

Kliknite poznajte dodatke za povečanje spomina

Sedanje strategije poskušajo zaobiti to ozko grlo z uporabo skrajšanih oblik distrofina s preostalo funkcijo, ki zadostuje za oslabitev bolezni [56]. Klinična preskušanja, neodvisna od dreves, z uporabo genske terapije s takšnimi mikrodistrofinskimi konstrukti trenutno potekajo (povzeto v [52].

Začetni rezultati enega od teh tekočih kliničnih preskušanj z μDys so pokazali, da je bilo več kot 80 % mišičnih vlaken pozitivnih na mikrodistrofin s precejšnjo ekspresijo μDys v biopsijah po zdravljenju (95,8 % v primerjavi z normalno) (Sarepta Therapeutics objavlja pozitivne posodobljene rezultate mikrodistrofina Preskus za zdravljenje bolnikov z DMD. ].
Poleg tega ima dolgotrajna terapija z μDys ugodne učinke na pasjem modelu [165]. MicroDys ne vsebuje vseh funkcijskih elementov distrofina celotne dolžine, ki so pomembni za interakcije z drugimi proteini za prenos sil na kontraktilni aktin.

V ta namen so bile razvite nove različice μDyswith modificiranih osrednjih paličastih domen, za katere se pričakuje, da bodo pokazale večjo celično reševalno aktivnost [240, 241] in se trenutno testirajo v kliničnih preskušanjih [178].

Druga možnost, ki se ji trenutno sledi, je uporaba miniaturiziranega utrofina (μUtro), skrajšane različice utrofina, optimizirane za kodon, ki se od distrofina razlikuje v nekaterih interakcijah protein-protein. Preprečuje mišično patologijo in se pojavlja na neimunogeni način pri modelih velikih psov. Vendar pozitiven učinek na fenotip bolezni ni bil potrjen [280].

Tretja možnost je prekomerna ekspresija b1,4-N-acetilgalaktozaminiltransferaze (GALGT2). GALGT2 stimulira regulacijo ključnih citoskeletnih vezavnih proteinov, ki lahko delujejo kot nadomestki distrofina [43, 328].

Potem ko je bila dokazana varnost v predkliničnih modelih, to terapijo zdaj preizkušajo v preskušanju faze I/IIa, da bi ocenili njeno varnost pri ljudeh. (Gene Transfer Clinical Trial to deliverrAAVrh74.MCK. GALGT2 for Duchenne MuscularDystrophy-NCT03333590. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03333590 48).

Prenos gena AAV pri Parkinsonovi bolezni (PD)

Parkinsonova bolezen je dolgotrajna degenerativna motnja, ki prizadene več nevronskih sistemov, zlasti motorični sistem. Najpogostejši simptomi vključujejo tresenje, togost, počasnost gibanja v kombinaciji s težavami pri hoji.

Ko bolezen napreduje, se pojavijo tudi nemotorični simptomi, kot so kognitivne in vedenjske spremembe. Motorični simptomi so posledica degeneracije dopaminergičnih nevronov v substanti nigra. Izguba teh dopaminergičnih nevronov povzroči čezmerno vzbujanje subtalamičnega jedra (STN), kar vodi v povečano inhibicijo talamusa [203].

Tako imajo bolniki s Parkinsonovo boleznijo napake pri začetku gibanja. Globoka možganska stimulacija subtalamičnega jedra se zdi privlačna terapevtska možnost, ker levodopa [80] in druga farmakološka zdravljenja ne morejo zaustaviti degenerativnega procesa pri tej bolezni. Zato se genske strategije z uporabo vektorjev AAV pojavljajo kot možnost za zdravljenje PD, tudi v kombinaciji z globoko možgansko stimulacijo.

Trenutno obstaja več preskušanj, ki vključujejo PD in gensko terapijo, navedenih na Clinictrials.gov. Vseobsegajoč pristop genske terapije za PD je ohranjanje proizvodnje dopamina v nevronskih celicah, ki niso prizadete, za funkcionalno vzdrževanje vezja bazalnih ganglijev.
V ta namen je bila vzpostavljena neposredna intraparenhimska dostava preko MRI vodenega dajanja AAV2, ki kodira cDNA za aromatsko L-aminokislinsko dekarboksilazo (VY-AADC01) [46].

Petnajst preiskovancev z zmerno napredovalo PD in motoričnimi fluktuacijami, odpornimi na zdravila, je prejelo VY-AADC01. Dajanje, vodeno z MRI, je doseglo putaminalno pokritost 20–40 % s povečano encimsko aktivnostjo, ocenjeno s PET, in kliničnimi izboljšavami, povezanimi z odmerkom.

Hkratno zmanjšanje antiparkinsonikov je zmanjšalo simptome diskinezije [46]. Podobna strategija je z MRI vodeno dovajanje AAV2-GAD (glutamatdekarboksilaze) v STN za povečanje lokalne inhibicije GABA in odpravljanje patološke hiperaktivnosti v tej možganski strukturi. Izvedena sta bila preskušanja faze 1 in 2 z dovajanjem AAV2-GAD prek dovajanja s konvekcijo (CED) v STN bolnikov s PD[146, 171].

Ti bolniki so pokazali izboljšave svojih motoričnih simptomov, vendar ne do takšne mere, kot bi jo lahko dosegli z globoko možgansko stimulacijo STN [171].

Pristopi genske terapije pri Alzheimerjevi bolezni (AD)

Verjame se, da je nastajanje patološkega amiloidnega (A) peptida začetni dogodek v procesu AD. Ker več predhodnih kliničnih preskušanj, vključno z imunskimi terapijami za zmanjšanje obremenitve z amiloidnimi plaki, ni uspelo ali je pokazalo le manjše učinke [228], FDA ni odobrila Aducanumab, ki se trži pod imenom Aduhelm™ kot A-usmerjeno protitelo.

Zdi se, da so učinki te terapije manjši od pričakovanih, to pa usmerja pozornost nazaj na možne genske terapije, ki motijo ​​sinaptično disfunkcijo in degeneracijo.

Tehnični izzivi za ta pristop so podobni tistim pri PD. Intervencijska dostava s konvekcijsko izboljšano vodeno MRI ni pomembna izključno za zdravljenje bolnikov s PD. Podobno bi lahko bolnikom z AD koristil virusni genski prenos in ta tehnični pristop. Nekateri terapevtski razvoj se osredotoča na protein tau [49, 329]. Patološki tau v možganih AD prevladuje v hiperfosforiliranem stanju (tj. fosforiliran na več mestih znotraj proteina tau). Ta posttranslacijska modifikacija ustreza agregaciji tau in nastanku nevrofibrilarnega zapleta [133].

Pokazalo se je, da z AAV posredovan genski prenos konstitutivno aktivne tau kinaze-p38 zmanjša s tau povezano demenco pri mišjih modelih predklinične demence, tudi če so prisotne napredovale kognitivne okvare [136]. Ta strategija še ni prešla v fazo kliničnih preskušanj za bolnike z AD. Vendar pa bi lahko postalo izvedljivo, ker je virusni genski prenos BDNF vstopil v kliniko.

Ta poskus temelji na predkliničnih študijah, ki kažejo, da dostava BDNF (prek transgene ekspresije ali infuzij) pri modelih glodalcev obrne sinaptično izgubo po začetku bolezni, kar ustreza izboljšanemu učenju in kognitivni učinkovitosti. BDNF je preprečil tudi entorhinalno nevronsko smrt, ki jo povzroči lezija, v modelu primatov. Pri starih opicah je BDNF izboljšal zmogljivosti pri nalogah vizualnoprostorske diskriminacije, ki ustrezajo povečani povprečni velikosti entorinalnih nevronov [216]. Na podlagi teh podatkov se je februarja 2021 začelo klinično preskušanje prve faze.

Ta poskus ocenjuje učinke neposrednega vbrizgavanja AAV2-BDNF v možgane bolnikov z AD ali bolnikov z blago kognitivno okvaro (MCI) (Scott LaFee, prvo klinično preskušanje pri ljudeh za oceno genske terapije za Alzheimerjevo bolezen, UC San Diego Novice 18. februar 2021).

Sklepi

Proksimalni SMA v otroštvu je genetsko homogena bolezen, ki jo povzroča izgubljena ali mutirana SMN1 in modulirana s spremenljivimi kopijami SMN2. To je idealen pogoj za identifikacijo osnovnih celičnih okvar in za razvoj terapevtskih strategij, ki kompenzirajo pomanjkanje proteina SMN, ki je ključ do patofiziologije SMA. Obsežne raziskave o tem stanju so omogočile uvedbo terapij z oligonukleotidi in molekulami, ki modulirajo spajanje pre-mRNA.

Poleg tega je genska terapija, ki temelji na AAV, prešla v klinično fazo za zdravljenje nevrodegenerativnih bolezni. Ker je večina primerov SMA diagnosticirana zgodaj v življenju in se zdravljenje običajno začne takoj po diagnozi, so imunološke reakcije na AAV manj problematične v primerjavi s starejšimi bolniki, ki so bili med življenjem izpostavljeni takim virusom.

Klinične izkušnje s temi aplikacijami bi lahko pomagale razviti in optimizirati analogne pristope, ki presegajo SMA. Trenutno poteka razvoj terapevtskih strategij in upamo, da bodo vplivale na zdravljenje drugih nevrodegenerativnih motenj, kot so amiotrofična lateralna skleroza, Parkinsonova in Alzheimerjeva bolezen ter mišične distrofije.

Okrajšave

3,4-DAP: 3,4-diaminopiridin; 4-AP: 4-Aminopiridin; AAV: Adeno povezan virus; AD: Alzheimerjeva bolezen; ALS: amiotrofična lateralna skleroza; ASO: protismiselni oligonukleotid; ATXN2: Ataksin 2; ATP: adenozin trifosfat; BBB: Krvno-možganska pregrada; BDNF: možganski nevrotrofični faktor; BMD: Beckerjeva mišična distrofija; bp: bazni pari; CED: dovajanje s povečano konvekcijo; CHIP1: kalcinevrinu podoben EF-protein 1; CHOP NAMEN: Test nevromuskularnih motenj pri dojenčkih v otroški bolnišnici v Philadelphii; CMAP: Potencial mišične aktivnosti; CNTF: ciliarni nevrotrofični faktor; CSF: cerebrospinalna tekočina; DMD: Duchennova mišična distrofija; DPR: homopolimerni dipeptidni ponavljajoči se proteini; DSB: dvojni prelom; DSMA: distalna spinalna mišična atrofija; E: Embrionalni dan; EAP: program razširjenega dostopa; EMA: Evropska agencija za zdravila; fALS: družinska amiotrofična lateralna skleroza; FDA: Upravljanje hrane in zdravil; GABA: gama aminomaslena kislina; GAD: glutamat dekarboksilaza; GDNF: nevrotrofični faktor, pridobljen iz celic glije; GOF: pridobitev funkcije; gRNA: vodilna-RNA; HFMSE: Hammersmithova funkcionalna motorična lestvica razširjena; hIGF-1: v kompleksu z rhIGFBP-3; HINE-2: Hammersmithov nevrološki pregled dojenčka-2; IGF1: inzulinu podoben rastni faktor 1; iPSC: inducirana pluripotentna izvorna celica; ISS: intronic dušilec spoja; JNK: C-Jun N-terminalne kinaze; kb: osnova kilogramov; LOF: Izguba funkcije; LTFU: dolgoročno spremljanje; MCI: blaga kognitivna okvara; MMD: mikrocistoidna makularna degeneracija; MRI: slikanje z magnetno resonanco;NCALD: nevrokalcin delta; NMJ: nevromuskularni spoj; OLE: odprta razširitev oznake; ORF: odprt bralni okvir; P: Poporodni dan; PD: Parkinsonova bolezen; PLS3: Plastin 3; PMO: fosforodiamidat morfolino oligomer; Ran: ponavljajoči se prevod, ki ni AUG; RBP: RNA vezavni protein; RULM: revidiran modul za zgornje okončine; sALS: sporadična amiotrofična lateralna skleroza; scAAV: samodopolnilni AAV; SMA: spinalna mišična atrofija; SMARD1: spinalna mišična atrofija z dihalno stisko tipa 1; SMN: motorični nevron preživetja; SNP: polimorfizem enega nukleotida; snRNP: majhen jedrski ribonuklearni delec; SOD1: superoksid dismutaza 1; STN: subtalamično jedro; TrkB: kinaza, povezana s tropomiozinom.

Zahvala

Zahvaljujemo se dr. Michaelu Brieseju za kritičen razmislek o rokopisu.

Prispevki avtorjev

SJ in MS sta zasnovala in napisala recenzijo. LH je prispeval k zasnovi pogleda in izdelavi figur. LH je za ilustracije uporabil medicinsko umetnost podjetja Servier (https://smart.servier.com). Vsi avtorji so prebrali in potrdili končni rokopis.

financiranje

Delo v avtorjevem laboratoriju podpira Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Grants JA 1823/3-1, 2-1 do SJ in SE 697/6-1, 4-2, { {6}} in 7-1 MS, z donacijo Picoquanta, BMBF prek mreže CalsER in podporo Hermann and Lilly Schilling Stiftung im Stifterverband derDeutschen Wissenschaft ter Cure SMA (JAB1920) SJ.

Dostopnost podatkov in materialov

Se ne uporablja.

Izjave

Etična odobritev in soglasje za sodelovanje

Se ne uporablja.

Soglasje za objavo

Se ne uporablja.

Konkurenčni interesi

Avtorji izjavljajo, da ni konkurenčnih interesov.

Reference

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). Razvoj terapij s preskokom eksona za Duchennovo mišično distrofijo: kritičen pregled in pogled na odprta vprašanja [Recenzija]. Nucleic Acid Therapeutics, 27(5), 251–259.https://doi.org/10.1089/nat.2017.0682

2. Ahn, AH in Kunkel, LM (1993). Strukturna in funkcionalna raznolikost distrofina. Nature Genetics, 3 (4), 283–291.https://doi.org/10.1038/ng0493-283

3. Al-Zaidy, SA, & Mendell, JR (2019). Od kliničnih preskušanj do klinične prakse: Praktični vidiki genske nadomestne terapije pri SMA tipa 1. Pediatrična nevrologija, 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). Aksonski transport zrnc TDP-43mRNA je oslabljen zaradi mutacij, ki povzročajo ALS [Raziskovalna podpora, NIH, Extramural Research Support, ne-ameriška vlada]. 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 spodbuja aksonsko rast motoričnih nevronov in podaljša preživetje v mišjem modelu spinalne mišične atrofije. 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. in Marklund, SL (1996). Avtosomno recesivna miotrofična lateralna skleroza pri odraslih, povezana s homozigotnostjo za mutacijo Asp90Ala CuZn-superoksid dismutaze. Klinična in genealoška študija 36 bolnikov [raziskovalna podpora, nevladna država ZDA]. 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). Amiotrofična lateralna skleroza, povezana s homozigotnostjo za mutacijo Asp90Ala v CuZn-superoksid dismutazi. Naravna genetika, 10,61–66.

For more information:1950477648nn@gmail.com