Razvoj terapije za spinalnu mišićnu atrofiju: Perspektive za mišićne distrofije i neurodegenerativne poremećaje 11. dio
Mar 26, 2024
Prijenos gena mikro-distrofina (µDys) temeljen na AAV-u
Kauzalne terapije za DMD idealno bi trebale obnoviti ekspresiju distrofina u skeletnim mišićima. Nažalost, gen za distrofin pune duljine prevelik je da bi se upakirao u funkcionalnu AAV česticu.
Odnos između pothranjenosti i pamćenja privukao je veliku pozornost. Ljudsko tijelo treba razne vitamine, minerale i energiju kako bi tijelo održalo zdravim i mozak dobro funkcionirao. Pothranjenost može uzrokovati probleme poput vrtoglavice, umora, spore reakcije i nemogućnosti koncentracije, što može utjecati na učenje i svakodnevni život ljudi.
Ljudski mozak je jedan od najvažnijih organa u ljudskom tijelu i zahtijeva veliku količinu energije i hranjivih tvari za funkcioniranje. Ako tijelu nedostaju potrebni vitamini i minerali, to može utjecati na razvoj mozga, što dovodi do smanjene inteligencije i gubitka pamćenja. U isto vrijeme, pothranjenost također može ometati normalan rad živčanog sustava i utjecati na razmišljanje i koncentraciju.
Stoga su dobre prehrambene navike iznimno važne za zdravlje mozga. Znanstvenici su istraživali mnoge hranjive tvari i namirnice koje su dobre za mozak, kao što su riblje ulje, orasi, kikiriki, borovnice, jaja, rajčice i tamno povrće. Ove namirnice mogu povećati cirkulaciju krvi u mozgu i poboljšati pamćenje i sposobnost učenja.
Ukratko, pothranjenost može imati negativne učinke na naše tijelo i mozak, stoga bismo se trebali usredotočiti na svoju prehranu kako bismo dobili dovoljno hranjivih tvari i energije. Održavanjem zdravog načina života možemo poboljšati pamćenje, poboljšati kognitivne sposobnosti i ostvariti svoj puni potencijal. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer Cistanche deserticola također može regulirati ravnotežu neurotransmitera, poput povećanja razine acetilkolina i faktora rasta. Te su tvari vrlo važne za pamćenje i učenje. Osim toga, Cistanche deserticola također može poboljšati protok krvi i pospješiti opskrbu kisikom, što može osigurati da mozak dobije dovoljno hranjivih tvari i energije, čime se poboljšava vitalnost i izdržljivost mozga.
Kliknite znajte dodatke za jačanje pamćenja
Trenutačne strategije pokušavaju zaobići ovo usko grlo korištenjem skraćenih oblika distrofina s rezidualnom funkcijom koja je dovoljna za ublažavanje bolesti [56]. Trenutačno su u tijeku klinička ispitivanja neovisna o stablima, koja koriste gensku terapiju s takvim konstruktima mikrodistrofina (sažeto u [52].
Početni rezultati jednog od ovih kliničkih ispitivanja s μDysom koji su u tijeku pokazali su da je više od 80% mišićnih vlakana bilo pozitivno na mikrodistrofin sa značajnom ekspresijom μDysa u biopsijama nakon tretmana (95,8% u usporedbi s normalnim) (Sarepta Therapeutics objavljuje pozitivne ažurirane rezultate za mikrodistrofin Trial toTreat Patients with DMD. ].
Osim toga, dugotrajna terapija s μDys ima korisne učinke na psećem modelu[165]. MicroDys ne sadrži sve funkcionalne elemente distrofina pune duljine koji su važni za interakcije s drugim proteinima za prijenos sila na kontraktilni aktin.
U tu svrhu razvijene su nove varijante μDys s modificiranim središnjim štapićastim domenama, za koje se očekuje da će pokazati veću aktivnost spašavanja stanica [240, 241] i trenutno se testiraju u kliničkim ispitivanjima [178].
Druga opcija koja se trenutačno slijedi je uporaba minijaturiziranog utrofina (μUtro), skraćene inačice utrofina optimizirane za kodon koji se razlikuje od distrofina u nekim interakcijama protein-protein. Sprječava patologiju mišića i pojavljuje se na neimunogeni način u modelima velikih pasa. Međutim, pozitivan učinak na fenotip bolesti nije potvrđen [280].
Prekomjerna ekspresija b1,4-N-acetilgalaktozaminiltransferaze (GALGT2) je treća mogućnost. GALGT2 stimulira regulaciju ključnih veznih proteina citoskeleta koji mogu djelovati kao surogati distrofina [43, 328].
Nakon demonstracije sigurnosti u pretkliničkim modelima, ova terapija sada se testira u fazi I/IIa ispitivanja kako bi se procijenila njezina sigurnost kod ljudi. (Gene Transfer Clinical Trial to deliverrAAVrh74.MCK. GALGT2 for Duchenne MuscularDystrophy-NCT03333590. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03333590 48).
Prijenos gena AAV u Parkinsonovoj bolesti (PD)
Parkinsonova bolest je dugotrajni degenerativni poremećaj koji zahvaća višestruke neuronske sustave, posebice motorički sustav. Najčešći simptomi uključuju drhtanje, ukočenost, usporenost pokreta u kombinaciji s poteškoćama pri hodanju.
Kako bolest napreduje, postaju vidljivi i nemotorički simptomi poput kognitivnih promjena i promjena u ponašanju. Motorički simptomi uzrokovani su degeneracijom dopaminergičkih neurona u substantia nigra. Gubitak ovih dopaminergičkih neurona rezultira pretjeranom ekscitacijom subtalamičke jezgre (STN) što dovodi do povećane inhibicije talamusa [203].
Dakle, pacijenti s Parkinsonovom bolešću pate od nedostataka u pokretanju pokreta. Duboka moždana stimulacija subtalamičke jezgre pojavljuje se kao atraktivna terapijska opcija jer Levodopa [80] i drugi farmakološki tretmani ne mogu zaustaviti degenerativni proces u ovoj bolesti. Stoga se genske strategije koje koriste AAV vektore pojavljuju kao opcija za liječenje PD-a, također u kombinaciji s dubokom stimulacijom mozga.
Trenutačno postoji nekoliko ispitivanja koja uključuju PB i gensku terapiju navedena na Clinicaltrials.gov. Sveobuhvatni pristup genske terapije za PD je očuvanje proizvodnje dopamina u neuronskim stanicama koje nisu zahvaćene, kako bi se funkcionalno održao strujni krug bazalnih ganglija.
U tu svrhu uspostavljena je izravna intraparenhimska isporuka putem MRI-vođene primjene AAV2 koji kodira cDNA za aromatsku dekarboksilazu L-aminokiselina (VY-AADC01) [46].
Petnaest subjekata s umjereno uznapredovalim PD-om i motoričkim fluktuacijama otpornim na lijek primilo je VY-AADC01. MRI-vođena primjena postigla je putaminalnu pokrivenost od 20-40% povećanom enzimskom aktivnošću procijenjenom PET-om i kliničkim poboljšanjima povezanim s dozom.
Istodobno smanjenje antiparkinsonika dovelo je do smanjenja simptoma diskinezije [46]. Slična strategija je MRI-vođena isporuka AAV2-GAD (glutamatdekarboksilaze) u STN za povećanje lokalne inhibicije GABA i ispravljanje patološke hiperaktivnosti u ovoj moždanoj strukturi. Ispitivanja faze 1 i 2 provedena su s isporukom AAV2-GAD putem isporuke poboljšane konvekcijom (CED) u STN bolesnika s PD-om[146, 171].
Ti su pacijenti pokazali poboljšanja svojih motoričkih simptoma, ali ne u tolikoj mjeri koja bi se mogla postići dubokom moždanom stimulacijom STN-a [171].
Pristupi genskoj terapiji Alzheimerove bolesti (AD)
Vjeruje se da je stvaranje patološkog amiloidnog (A) peptida početni događaj u procesu AD. Budući da nekoliko prethodnih kliničkih ispitivanja, uključujući imunoterapije za smanjenje opterećenja amiloidnim plakovima, nisu uspjela ili su pokazala samo manje učinke [228], FDA je sada odobrila Aducanumab se prodaje pod imenom Aduhelm™ kao A-usmjereno protutijelo.
Čini se da su učinci ove terapije manji od očekivanih, a to vraća pozornost na potencijalne genske terapije koje ometaju sinaptičku disfunkciju i degeneraciju.
Tehnički izazovi za ovaj pristup slični su onima u PD-u. Intervencijska MRI-navođena isporuka poboljšana konvekcijom nije isključivo relevantna za liječenje pacijenata s PD-om. Isto tako, pacijenti s AD-om mogli bi imati koristi od virusnog prijenosa gena i ovog tehničkog pristupa. Neki terapijski razvoj usmjeren je na tau protein [49, 329]. Patološki tau u AD mozgu prevladava u hiperfosforiliranom stanju (tj. fosforiliran na više mjesta unutar proteina tau). Ova posttranslacijska modifikacija odgovara tau agregaciji i formiranju neurofibrilarnog spleta [133].
Pokazalo se da AAV-posredovani prijenos gena konstitutivno aktivne tau kinaze-p38 smanjuje demenciju povezanu s tau u pretkliničkim mišjim modelima demencije čak i kada su prisutni uznapredovali kognitivni defekti [136]. Ova strategija još nije ušla u fazu kliničkih ispitivanja za pacijente s AD-om. Međutim, to bi moglo postati izvedivo otkako je virusni prijenos gena BDNF ušao u kliniku.
Ovo ispitivanje temelji se na pretkliničkim studijama koje pokazuju da isporuka BDNF (putem transgene ekspresije ili infuzije) u modelima glodavaca poništava sinaptički gubitak nakon pojave bolesti što odgovara poboljšanom učenju i kognitivnom učinku. BDNF je također spriječio entorhinalna neuronsku smrt izazvanu lezijom u modelu primata. U starijih majmuna, BDNF je poboljšao performanse u zadacima vizualno-prostorne diskriminacije koji odgovaraju povećanim srednjim veličinama entorhinalnih neurona [216]. Na temelju ovih podataka u veljači 2021. započelo je kliničko ispitivanje faze 1.
Ovo ispitivanje procjenjuje učinke izravnog ubrizgavanja AAV2-BDNF u mozak bolesnika s AD-om ili pacijenata s blagim kognitivnim oštećenjem (MCI) (Scott LaFee, Prvo kliničko ispitivanje na ljudima za procjenu genske terapije za Alzheimerovu bolest, UC San Diego Centar vijesti 18. veljače 2021.).
Zaključci
Proksimalni SMA u djetinjstvu je genetski homogena bolest uzrokovana izgubljenim ili mutiranim SMN1 i modulirana varijabilnim kopijama SMN2. Ovo je idealan uvjet za identifikaciju temeljnih staničnih defekata i za razvoj terapijskih strategija koje kompenziraju nedostatak proteina SMN, što je ključ za patofiziologiju SMA. Opsežna istraživanja ovog stanja omogućila su uvođenje terapija s oligonukleotidima i molekulama koje moduliraju spajanje pre-mRNA.
Uz to, genska terapija temeljena na AAV-u ušla je u kliničku fazu liječenja neurodegenerativnih bolesti. Budući da se većina slučajeva SMA dijagnosticira rano u životu i terapija obično počinje odmah nakon postavljanja dijagnoze, imunološke reakcije na AAV manje su problematične u usporedbi s pacijentima starije dobi koji su tijekom života izloženi takvim virusima.
Kliničko iskustvo s ovim primjenama moglo bi pomoći u razvoju i optimiziranju analognih pristupa izvan SMA. Trenutačno je u tijeku razvoj terapijskih strategija i nadamo se da će napraviti razliku u liječenju drugih neurodegenerativnih poremećaja kao što su amiotrofična lateralna skleroza, Parkinsonova i Alzheimerova bolest, kao i mišićne distrofije.
Kratice
3,4-DAP: 3,4-Diaminopiridin; 4-AP: 4-Aminopiridin; AAV: Adeno povezani virus; AD: Alzheimerova bolest; ALS: amiotrofična lateralna skleroza; ASO: Antisense oligonukleotid; ATXN2: Ataksin 2; ATP: Adenozin trifosfat; BBB: Krvno-moždana barijera; BDNF: neurotrofni faktor koji potiče iz mozga; BMD: Beckermuskularna distrofija; bp: parovi baza; CED: Isporuka poboljšana konvekcijom; CHIP1: EF-hand protein 1 sličan kalcineurinu; CHOP INTEND: dječji test neuromuskularnih poremećaja u dječjoj bolnici u Philadelphiji; CMAP: Složeni potencijal mišićne aktivnosti; CNTF: Cilijarni neurotrofni faktor; CSF: cerebrospinalna tekućina; DMD: Duchenneova mišićna distrofija; DPRs: homopolimerni dipeptidni ponavljajući proteini; DSB: prekid dvostruke niti; DSMA: distalna spinalna mišićna atrofija; E: Embrionalni dan; EAP: Program proširenog pristupa; EMA: Europska agencija za lijekove; fALS: Obiteljska amiotrofična lateralna skleroza; FDA: Primjena hrane i lijekova; GABA: gama aminomaslačna kiselina; GAD: Glutamat dekarboksilaza; GDNF: neurotrofni čimbenik porijeklom iz glijalnih stanica; GOF: Dobitak funkcije; gRNA: vodič-RNA; HFMSE: Hammersmithova funkcionalna motorička skala proširena; hIGF-1: U kompleksu s rhIGFBP-3; HINE-2: Hammersmith neurološki pregled dojenčadi-2; IGF1: inzulinu sličan faktor rasta 1; iPSC: Inducirane pluripotentne matične stanice; ISS: Intronic splice prigušivač; JNK: C-Jun N-terminalne kinaze; kb: Kilo baza; LOF: Gubitak funkcije; LTFU: Dugoročno praćenje; MCI: blago kognitivno oštećenje; MMD: mikrocistoidna makularna degeneracija; MRI: Magnetska rezonancija;NCALD: Neurocalcin delta; NMJ: Neuromuskularni spoj; OLE: Open-labelextension; ORF: Otvoreni okvir za čitanje; P: Postnatalni dan; PD: Parkinsonova bolest; PLS3: Plastin 3; PMO: fosforodiamidat morfolino oligomer; Ran: Repeatassociated non-AUG prijevod; RBP: RNA vezni protein; RULM: Revidirani modul gornjih ekstremiteta; sALS: Sporadična amiotrofična lateralna skleroza; scAAV: samokomplementarni AAV; SMA: Spinalna mišićna atrofija; SMARD1: Spinalna mišićna atrofija s respiratornim distresom tipa 1; SMN: Motorni neuron preživljavanja; SNP: Polimorfizam jednog nukleotida; snRNP: male nuklearne ribonuklearne čestice; SOD1: superoksid dismutaza 1; STN: subtalamička jezgra; TrkB: kinaza povezana s tropomiozinom.
Priznanja
Zahvaljujemo dr. Michaelu Brieseu na kritičkom osvrtu na rukopis.
Prilozi autora
SJ i MS su osmislili i napisali recenziju. LH je pridonio osmišljavanju prikaza i izradio figure. LH je za ilustracije koristio Servier Medical Art (https://smart.servier.com). Svi su autori pročitali i odobrili konačni rukopis.
Financiranje
Rad u laboratoriju autora podupire Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Grants JA 1823/3-1, 2-1 do SJ i SE 697/6-1, 4-2, { {6}} i 7-1 MS-u, donacijom Picoquanta, BMBF-a kroz CalsER mrežu i potporom Hermann and Lilly Schilling Stiftung im Stifterverband derDeutschen Wissenschaft i Cure SMA (JAB1920) SJ-u.
Dostupnost podataka i materijala
Nije primjenjivo.
Deklaracije
Etičko odobrenje i pristanak za sudjelovanje
Nije primjenjivo.
Suglasnost za objavu
Nije primjenjivo.
Suprotstavljeni interesi
Autori izjavljuju da nema suprotstavljenih interesa.
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 terapije preskakanja egzona za Duchenneovu mišićnu distrofiju: kritički pregled i perspektiva neriješenih pitanja [Recenzija]. Nucleic Acid Therapeutics, 27(5), 251–259.https://doi.org/10.1089/nat.2017.0682
2. Ahn, AH i Kunkel, LM (1993). Strukturna i funkcionalna raznolikost distrofina. Nature Genetics, 3(4), 283–291.https://doi.org/10.1038/ng0493-283
3. Al-Zaidy, SA i Mendell, JR (2019). Od kliničkih ispitivanja do kliničke prakse: Praktična razmatranja genske nadomjesne terapije kod SMA tipa 1. Pedijatrijska neurologija, 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. i Taylor, JP (2014.). Aksonski transport granula TDP-43mRNA oštećen je mutacijama koje uzrokuju ALS [Podrška istraživanju, NIH, Podrška ekstramuralnom istraživanju, Vlada izvan SAD-a]. 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., i Azzouz, M. (2018.). Plastin 3 potiče rast aksona motornog neurona i produljuje preživljavanje u mišjem modelu spinalne mišićne 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., & Marklund, SL (1996). Autosomno recesivna adultna miotrofična lateralna skleroza povezana s homozigotnošću za mutaciju Asp90Ala CuZn-superoksid dismutaze. Klinička i genealoška studija na 36 pacijenata [Podrška istraživanju, Vlada izvan SAD-a]. Mozak, 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., i Marklund, SL (1995).Amiotrofična lateralna skleroza povezana s homozigotnošću za mutaciju Asp90Ala u CuZn-superoksid dismutazi. Nature Genetics, 10,61–66.
For more information:1950477648nn@gmail.com
