Terapiutvikling for spinal muskelatrofi: Perspektiver for muskeldystrofier og nevrodegenerative lidelser del 11

AAV-basert mikrodystrofin (µDys) genoverføring

Årsaksbehandlinger for DMD bør ideelt sett gjenopprette dystrofinekspresjon i skjelettmuskulaturen. Dessverre er dystrofingenet i full lengde for stort til å pakkes inn i en funksjonell AAV-partikkel.

Forholdet mellom underernæring og hukommelse har vakt mye oppmerksomhet. Menneskekroppen trenger en rekke vitaminer, mineraler og energi for å holde kroppen sunn og hjernen fungere godt. Underernæring kan forårsake problemer som svimmelhet, tretthet, langsom reaksjon og manglende evne til å konsentrere seg, noe som kan påvirke folks læring og dagligliv.

Den menneskelige hjernen er et av de viktigste organene i menneskekroppen og krever en stor mengde energi og næringsstoffer for å fungere. Hvis kroppen mangler nødvendige vitaminer og mineraler, kan det påvirke hjernens utvikling, og føre til redusert intelligens og hukommelsestap. Samtidig kan underernæring også hindre nervesystemets normale arbeid og påvirke tenkning og konsentrasjon.

Derfor er gode matvaner ekstremt viktige for hjernens helse. Forskere har forsket på mange næringsstoffer og matvarer som er bra for hjernen, som fiskeolje, valnøtter, peanøtter, blåbær, egg, tomater og mørke grønnsaker. Disse matvarene kan øke blodsirkulasjonen i hjernen og forbedre hukommelsen og læreevnen.

Oppsummert kan underernæring ha negative effekter på kroppen og hjernen vår, så vi bør fokusere på kostholdet vårt for å få i oss nok næringsstoffer og energi. Ved å opprettholde en sunn livsstil kan vi forbedre hukommelsen vår, forbedre kognitive evner og realisere vårt fulle potensial. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig, fordi Cistanche deserticola også kan regulere balansen av nevrotransmittere, som å øke nivåene av acetylkolin og vekstfaktorer. Disse stoffene er svært viktige for hukommelse og læring. I tillegg kan Cistanche deserticola også forbedre blodstrømmen og fremme oksygentilførsel, noe som kan sikre at hjernen får tilstrekkelig med næringsstoffer og energi, og dermed forbedre hjernens vitalitet og utholdenhet.

Klikk vet kosttilskudd for å øke hukommelsen

Nåværende strategier prøver å omgå denne flaskehalsen ved å bruke avkortede former for dystrofin med en gjenværende funksjon som er tilstrekkelig for svekkelse av sykdommen [56]. Treuavhengige kliniske studier, ved bruk av genterapi med slike mikro-dystrofinkonstruksjoner, pågår for tiden (oppsummert i [52].

De første resultatene fra en av disse pågående kliniske studiene med μDys viste at mer enn 80 % av muskelfibrene var mikrodystrofinpositive med signifikant uttrykk for μDys i biopsier etter behandling (95,8 % sammenlignet med normalt) (Sarepta Therapeutics annonserer positive, oppdaterte 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 oppsummert av [75, 306. ].
I tillegg har langtidsterapi med μDys gunstige effekter i en hundemodell[165]. MicroDys inneholder ikke alle funksjonselementene til dystrofinet i full lengde som er viktige for interaksjoner med andre proteiner for å overføre krefter på kontraktilt aktin.

For dette formålet har nye varianter av μDyswith modifiserte sentrale stangdomener, som forventes å vise høyere cellulær redningsaktivitet, blitt utviklet [240, 241] og er for tiden testet i kliniske studier [178].

Et annet alternativ som for tiden følges er bruken av miniatyrisert utrofin (μUtro), en forkortet kodonoptimalisert versjon av utrofin som skiller seg i noen protein-protein-interaksjoner fra dystrofin. Det forhindrer muskelpatologi og vises på en ikke-immunogen måte i store hundemodeller. En positiv effekt på sykdomsfenotypen er imidlertid ikke bekreftet [280].

Overuttrykk av b1,4-N-acetylgalaktosaminyltransferase (GALGT2) er en tredje mulighet. GALGT2 stimulerer oppreguleringen av nøkkel cytoskjelettbindende proteiner som kan fungere som surrogater av dystrofin [43, 328].

Etter å ha demonstrert sikkerhet i prekliniske modeller, blir denne terapien nå testet i en fase I/IIa-studie for å evaluere sikkerheten hos mennesker. (Gene Transfer Clinical Trial til levererAAVrh74.MCK. GALGT2 for Duchenne MuscularDystrophy-NCT03333590. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03333590 48).

AAV-genoverføring ved Parkinsons sykdom (PD)

Parkinsons sykdom er en langvarig degenerativ lidelse som påvirker flere nevronale systemer, spesielt det motoriske systemet. De vanligste symptomene inkluderer skjelvinger, stivhet, langsom bevegelse kombinert med gangvansker.

Etter hvert som sykdommen utvikler seg, blir ikke-motoriske symptomer som kognitive og atferdsendringer også tydelige. Motoriske symptomer er forårsaket av degenerasjon av dopaminerge nevroner i substantia nigra. Tap av disse dopaminerge nevronene resulterer i overeksitasjon av den subthalamiske kjernen (STN) som fører til økt hemming av thalamus [203].

Parkinsonpasienter lider således av feil i bevegelsesinitiering. Dyp hjernestimulering av den subthalamiske kjernen fremstår som et attraktivt terapeutisk alternativ fordi Levodopa [80] og andre farmakologiske behandlinger ikke kan stoppe den degenerative prosessen i denne sykdommen. Derfor fremstår genstrategier som bruker AAV-vektorer som et alternativ for behandling av PD, også i kombinasjon med dyp hjernestimulering.

For tiden er det flere studier som involverer PD og genterapi oppført på clinicaltrials.gov. Den altomfattende tilnærmingen til genterapi for PD er å bevare dopaminproduksjonen i nevronceller som ikke er påvirket, for å funksjonelt opprettholde kretsløpet til basalgangliene.
For dette formålet er direkte intraparenkymal levering via MR-veiledet administrering avAAV2 som koder for cDNA for aromatisk L-aminosyredekarboksylase (VY-AADC01) blitt etablert [46].

Femten forsøkspersoner med moderat avansert PD og medikament-refraktære motoriske fluktuasjoner fikk VY-AADC01. MR-veiledet administrering oppnådde putaminal dekning på 20–40 % ved økt enzymaktivitet vurdert av PET og doserelaterte kliniske forbedringer.

Samtidig reduksjon av antiparkinson medisinert til reduserte symptomer på dyskinesi [46]. En lignende strategi er MR-veiledet AAV2-GAD (Glutamatdekarboksylase)-levering til STN for å øke lokal GABA-hemming og korrigere patologisk hyperaktivitet i denne hjernestrukturen. Fase 1 og 2-studier har blitt utført med AAV2-GAD-levering via konveksjonsforbedret levering (CED) til STN av PD-pasienter [146, 171].

Disse pasientene viste forbedringer i sine motoriske symptomer, men ikke i en slik grad som kunne oppnås ved dyp hjernestimulering av STN [171].

Genterapitilnærminger ved Alzheimers sykdom (AD)

Genereringen av det patologiske amyloid-(A)-peptidet antas å være den første hendelsen i AD-prosessen. Siden flere tidligere kliniske studier inkludert immunterapier for å redusere belastningen med amyloidplakk mislyktes eller bare viste mindre effekter [228], har FDA nå godkjent Aducanumab markedsført under navnet Aduhelm™ som et A-rettet antistoff.

Effektene av denne terapien ser ut til å være mindre enn forventet, og dette trekker oppmerksomheten tilbake til potensielle genterapier som forstyrrer synaptisk dysfunksjon og degenerasjon.

Tekniske utfordringer for denne tilnærmingen er lik de i PD. Intervensjonell MR-veiledet konveksjonsforbedret levering er ikke utelukkende relevant for behandling av PD-pasienter. På samme måte kan AD-pasienter dra nytte av viral genoverføring og denne tekniske tilnærmingen. Noen terapeutiske utviklinger fokuserer på tau-proteinet [49, 329]. Patologisk tau i AD-hjernen er utbredt i en hyperfosforylert tilstand (dvs. fosforylert på flere steder i tau-proteinet). Denne posttranslasjonelle modifikasjonen tilsvarer tau-aggregering og nevrofibrillær sammenfiltring [133].

AAV-mediert genoverføring av den konstitutivt aktivetau kinase-p38 har vist seg å redusere tau-relatert demens i prekliniske demensmusemodeller selv når avanserte kognitive defekter er tilstede [136]. Denne strategien har ennå ikke gått inn i stadiet av kliniske studier for AD-pasienter. Imidlertid kan det bli mulig siden viral genoverføring av BDNF har kommet inn på klinikken.

Denne studien er basert på prekliniske studier som viser at BDNF-levering (via transgent uttrykk eller infusjoner) i gnagermodeller reverserer synaptisk tap etter sykdomsdebut, tilsvarende forbedret læring og kognitiv ytelse. BDNF forhindret også lesjonsindusert entorhinalneuronal død i primatmodellen. Hos gamle aper forbedret BDNF ytelsen i visuospatiale diskrimineringsoppgaver som tilsvarer økte gjennomsnittlige entorhinale nevronale størrelser [216]. Basert på disse dataene startet en klinisk fase1-studie i februar 2021.

Denne prøvevurderer effekten av direkte injeksjon av AAV2-BDNF i hjernen til AD-pasienter eller pasienter med mild kognitiv svikt (MCI) (Scott LaFee, First-in-Humanclinical studie for å vurdere genterapi for Alzheimers sykdom, UC San Diego Nyhetssenter 18. februar 2021).

Konklusjoner

Childhood proksimal SMA er en genetisk homogen sykdom forårsaket av tapt eller mutert SMN1 og modulert av variable SMN2-kopier. Dette er en ideell tilstand for å identifisere de underliggende cellulære defektene og for å utvikle terapeutiske strategier som kompenserer for mangelen på SMN-protein, som er nøkkelen til SMA patofysiologi. Omfattende forskning på denne tilstanden tillot introduksjonen av terapier med oligonukleotider og molekyler som modulerer pre-mRNA-spleising.

I tillegg gikk AAV-basert genterapi inn i det kliniske stadiet for behandling av nevrodegenerativ sykdom. Siden de fleste tilfeller av SMA diagnostiseres tidlig i livet og terapi vanligvis starter umiddelbart etter diagnose, er immunologiske reaksjoner mot AAV mindre problematiske sammenlignet med pasienter i høy alder som blir utsatt for slike virus i løpet av livet.

Den kliniske erfaringen med disse applikasjonene kan bidra til å utvikle og optimalisere analoge tilnærminger utover SMA. For tiden pågår utviklingen av terapeutiske strategier og vil forhåpentligvis gjøre en forskjell i behandlingen av andre nevrodegenerative lidelser som amyotrofisk lateral sklerose, Parkinsons og Alzheimers sykdom samt muskeldystrofier.

Forkortelser

3,4-DAP: 3,4-Diaminopyridin; 4-AP: 4-Aminopyridin; AAV: Adenososiert virus; AD: Alzheimers sykdom; ALS: Amyotrofisk lateral sklerose; ASO: Antisense-oligonukleotid; ATXN2: Ataxin 2; ATP: Adenosintrifosfat; BBB: Blod-hjerne-barriere; BDNF: Hjerneavledet nevrotrofisk faktor; BMD: Beckermuskulær dystrofi; bp: basepar; CED: Konveksjonsforbedret levering;CHIP1: Calcineurin-lignende EF-håndprotein 1; CHOP INTEND: Children's Hospital of Philadelphia spedbarnstest av nevromuskulære lidelser; CMAP: Sammensatt muskelaksjonspotensial; CNTF: Ciliær nevrotrofisk faktor; CSF: Cerebrospinalvæske;DMD: Duchenne muskeldystrofi; DPRs: Homopolymere dipeptidrepetisjonsproteiner; DSB: Dobbelttrådbrudd; DSMA: Distal spinal muskelatrofi; E:Embryonal dag; EAP: Program for utvidet tilgang; EMA: European MedicinesAgency; fALS: Familiær amyotrofisk lateral sklerose; FDA: Mat- og legemiddeladministrasjon; GABA: Gamma-aminosmørsyre; GAD: glutamatdekarboksylase; GDNF: Glialcelle-avledet nevrotrofisk faktor; GOF: Gevinst av funksjon; gRNA:guide-RNA; HFMSE: Hammersmith funksjonell motorskala utvidet; hIGF-1:Kompleksert med rhIGFBP-3; HINE-2: Hammersmith spedbarnsnevrologisk undersøkelse-2; IGF1: Insulinlignende vekstfaktor 1; iPSC: Indusert pluripotent stamcelle;ISS: Intronisk skjøtelyddemper; JNKs: C-Jun N-terminale kinaser; kb: Kilo base; LOF: Tap av funksjon; LTFU: Langsiktig oppfølging; MCI: Mild kognitiv svikt;MMD: Mikrocystoid makuladegenerasjon; MR: Magnetic Resonance Imaging;NCALD: Neurocalcin delta; NMJ: Nevromuskulært kryss; OLE: Open-labelextension; ORF: Åpen leseramme; P: Postnatal dag; PD: Parkinsons sykdom;PLS3: Plastin 3; PMO: Fosforodiamidat morfolinooligomer; Ran: Gjenta-assosiert ikke-AUG-oversettelse; RBP: RNA-bindende protein; REGEL: Revidert øvre lemmer-modul; sALS: Sporadisk amyotrofisk lateral sklerose; scAAV: Selvkomplementær AAV; SMA: Spinal muskelatrofi; SMARD1: Spinal muskelatrofi med respirasjonsbesvær type 1; SMN: Survival Motor Neuron; SNP: Enkeltnukleotidpolymorfisme; snRNP: Liten kjernefysisk ribonukleær partikkel;SOD1: Superoksiddismutase 1; STN: Subthalamisk kjerne; TrkB: Tropomyosinrelatert kinase.

Anerkjennelser

Vi takker Dr. Michael Briese for kritisk refleksjon rundt manuskriptet.

Forfatteres bidrag

SJ og MS unnfanget og skrev anmeldelsen. LH bidro til å unnfange dette synet og skapte figurene. LH brukte Servier medisinsk kunst til illustrasjonene (https://smart.servier.com). Alle forfattere leste og godkjente det endelige manuskriptet.

Finansiering

Arbeid i forfatterlaben støttes av 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 tilskudd fra Picoquant, BMBF gjennom CalsER Network, og støtte fra Hermann og Lilly Schilling Stiftung im Stifterverband derDeutschen Wissenschaft og av Cure SMA (JAB1920) til SJ.

Tilgjengelighet av data og materialer

Ikke aktuelt.

Erklæringer

Etikkgodkjenning og samtykke til å delta

Ikke aktuelt.

Samtykke til publisering

Ikke aktuelt.

Konkurrerende interesser

Forfatterne erklærer ingen konkurrerende interesser.

Referanser

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). Utvikling av exon-hoppingsterapier for Duchenne muskeldystrofi: En kritisk gjennomgang og et perspektiv på de utestående problemene [Review]. Nucleic Acid Therapeutics, 27(5), 251–259.https://doi.org/10.1089/nat.2017.0682

2. Ahn, AH, & Kunkel, LM (1993). Det strukturelle og funksjonelle mangfoldet av dystrofin. Nature Genetics, 3(4), 283–291.https://doi.org/10.1038/ng0493-283

3. Al-Zaidy, SA, & Mendell, JR (2019). Fra kliniske studier til klinisk praksis: Praktiske betraktninger for generstatningsterapi i SMA Type1. Pediatrisk nevrologi, 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 av TDP-43mRNA-granuler er svekket av ALS-forårsakende mutasjoner [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 aksonal vekst av motorneuroner og forlenger overlevelse i en musemodell 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 voksen-onsetamyotrofisk lateral sklerose assosiert med homozygositet for Asp90Ala CuZn-superoksiddismutasemutasjon. En klinisk og genealogisk studie av 36 pasienter [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 assosiert med homozygositet for en Asp90Ala-mutasjon i CuZn-superoksiddismutase. Naturgenetikk, 10,61–66.

For more information:1950477648nn@gmail.com