Розробка терапії спинальної м’язової атрофії: перспективи для м’язових дистрофій і нейродегенеративних розладів, частина 11

Перенесення гена мікродистрофіну (µDys) на основі AAV

Причинна терапія МДД в ​​ідеалі повинна відновлювати експресію дистрофіну в скелетних м’язах. На жаль, повнорозмірний ген дистрофіну занадто великий, щоб бути упакованим у функціональну частинку AAV.

Взаємозв'язок між недоїданням і пам'яттю привернув багато уваги. Людському організму потрібні різноманітні вітаміни, мінерали та енергія, щоб підтримувати тіло здоровим і добре функціонувати мозок. Недоїдання може спричинити такі проблеми, як запаморочення, втома, повільна реакція та нездатність зосередитися, що може вплинути на навчання та повсякденне життя людей.

Людський мозок є одним із найважливіших органів людського тіла, для функціонування якого потрібна велика кількість енергії та поживних речовин. Якщо організму не вистачає необхідних вітамінів і мінералів, це може вплинути на розвиток мозку, що призведе до зниження інтелекту та втрати пам'яті. У той же час недоїдання також може перешкоджати нормальній роботі нервової системи та впливати на мислення та концентрацію.

Тому правильні харчові звички надзвичайно важливі для здоров’я мозку. Вчені дослідили багато поживних речовин і продуктів, корисних для мозку, таких як риб’ячий жир, волоські горіхи, арахіс, чорниця, яйця, помідори та темні овочі. Ці продукти можуть покращити кровообіг у мозку та покращити пам’ять та здатність до навчання.

Підсумовуючи, недоїдання може мати негативний вплив на наше тіло та мозок, тому ми повинні зосередитися на своєму раціоні, щоб отримати достатню кількість поживних речовин та енергії. Дотримуючись здорового способу життя, ми можемо покращити нашу пам’ять, покращити когнітивні здібності та повністю реалізувати свій потенціал. Видно, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola також може регулювати баланс нейромедіаторів, наприклад підвищувати рівень ацетилхоліну та факторів росту. Ці речовини дуже важливі для пам'яті та навчання. Крім того, Cistanche deserticola також може покращити кровообіг і сприяти доставці кисню, що може гарантувати, що мозок отримує достатню кількість поживних речовин і енергії, тим самим покращуючи життєздатність і витривалість мозку.

Клацніть знати добавки для покращення пам’яті

Сучасні стратегії намагаються обійти це вузьке місце, використовуючи усічені форми дистрофіну із залишковою функцією, достатньою для ослаблення хвороби [56]. Нині тривають незалежні від дерев клінічні випробування з використанням генної терапії такими мікродистрофіновими конструктами (резюмовано в [52].

Початкові результати одного з цих триваючих клінічних випробувань μDys показали, що понад 80% м’язових волокон були мікродистрофін-позитивними зі значною експресією μDys у біопсіях після лікування (95,8% порівняно з нормою) (Sarepta Therapeutics оголошує позитивні оновлені результати мікродистрофіну Trial toTreat Patients with DMD. ].
Крім того, довготривала терапія μDys має сприятливий вплив на собачу модель [165]. MicroDys не містить усіх функціональних елементів повнорозмірного дистрофіну, які важливі для взаємодії з іншими білками для передачі сил на скорочувальний актин.

З цією метою були розроблені нові варіанти μDyswith модифікованих доменів центральної палички, які, як очікується, демонструватимуть більш високу клітинну рятувальну активність [240, 241] і наразі перевіряються в клінічних випробуваннях [178].

Іншим варіантом, якого зараз дотримуються, є використання мініатюрного утрофіну (μUtro), скороченої версії утрофіну, оптимізованої за кодонами, яка відрізняється від дистрофіну деякими білок-білковими взаємодіями. Він запобігає патології м’язів і проявляється неімуногенним чином у великих моделях собак. Проте позитивний вплив на фенотип захворювання не підтверджено [280].

Надмірна експресія b1,4-N-ацетилгалактозамінілтрансферази (GALGT2) є третьою можливістю. GALGT2 стимулює регуляцію ключових цитоскелетних зв’язуючих білків, які можуть діяти як замінники дистрофіну [43, 328].

Після демонстрації безпеки на доклінічних моделях ця терапія зараз випробовується у фазі I/IIa дослідження для оцінки її безпеки для людей. (Клінічне випробування передачі генів для доставкиrAAVrh74.MCK. GALGT2 для м’язової дистрофії Дюшенна-NCT03333590. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03333590 48).

Перенесення гена AAV при хворобі Паркінсона (ХП)

Хвороба Паркінсона — це тривалий дегенеративний розлад, який вражає численні нейронні системи, зокрема рухову систему. Найпоширеніші симптоми включають тремтіння, ригідність, повільність рухів у поєднанні з труднощами при ходьбі.

У міру прогресування хвороби також стають очевидними немоторні симптоми, такі як когнітивні та поведінкові зміни. Моторні симптоми спричинені дегенерацією дофамінергічних нейронів у чорній субстанції. Втрата цих дофамінергічних нейронів призводить до надмірного збудження субталамічного ядра (STN), що призводить до посиленого гальмування таламуса [203].

Таким чином, пацієнти з хворобою Паркінсона страждають від дефектів ініціації рухів. Глибока мозкова стимуляція субталамічного ядра виглядає як привабливий терапевтичний варіант, оскільки леводопа [80] та інші фармакологічні методи лікування не можуть зупинити дегенеративний процес при цьому захворюванні. Таким чином, генні стратегії з використанням AAV-векторів з’являються як варіант лікування хвороби Паркінсона, також у поєднанні з глибокою стимуляцією мозку.

На даний момент існує кілька випробувань, які включають PD і генну терапію, перераховані на Clinictrials.gov. Всеохоплюючий підхід генної терапії для БП полягає в тому, щоб зберегти вироблення дофаміну в нейрональних клітинах, які не зазнають впливу, щоб функціонально підтримувати схему базальних гангліїв.
З цією метою була встановлена ​​пряма внутрішньопаренхімальна доставка за допомогою введення AAV2 під контролем МРТ, що кодує кДНК декарбоксилази ароматичних L-амінокислот (VY-AADC01) [46].

П’ятнадцять суб’єктів із помірно розвиненою хворобою ХП та рефрактерними до ліків моторними флуктуаціями отримали VY-AADC01. Введення під контролем МРТ досягло путамінального покриття на 20–40% завдяки підвищенню активності ферменту, оціненому за допомогою ПЕТ, і дозозалежним клінічним покращенням.

Одночасне зменшення дози протипаркінсонічних препаратів призвело до зменшення симптомів дискінезії [46]. Подібною стратегією є доставка AAV2-GAD (глутаматдекарбоксилази) в STN під контролем МРТ для посилення локального інгібування ГАМК і корекції патологічної гіперактивності в цій структурі мозку. Були проведені випробування фази 1 і 2 з доставкою AAV2-GAD через доставку з посиленням конвекції (CED) до STN пацієнтів з ХП [146, 171].

Ці пацієнти продемонстрували поліпшення своїх моторних симптомів, але не до такої міри, як це можна було б досягти шляхом глибокої стимуляції мозку STN [171].

Підходи генної терапії при хворобі Альцгеймера (AD)

Вважається, що утворення патологічного амілоїдного (A) пептиду є початковою подією в процесі AD. Оскільки кілька попередніх клінічних випробувань, включаючи імунотерапію для зменшення навантаження з амілоїдними бляшками, були невдалими або показали лише незначні ефекти [228], FDA не схвалило Адуканумаб продається під назвою Aduhelm™ як А-спрямоване антитіло.

Ефекти цієї терапії виявляються меншими, ніж очікувалося, і це повертає увагу до потенційних генних терапій, які перешкоджають синаптичній дисфункції та дегенерації.

Технічні проблеми для цього підходу подібні до тих, що виникають у PD. Інтервенційна доставка з підсиленою конвекцією під контролем МРТ не є виключно актуальною для лікування пацієнтів із ХП. Так само пацієнти з БА можуть отримати користь від перенесення вірусних генів і цього технічного підходу. Деякі терапевтичні розробки зосереджені на білку тау [49, 329]. Патологічний тау в головному мозку AD переважає в гіперфосфорильованому стані (тобто фосфорильований у багатьох місцях у білку тау). Ця посттрансляційна модифікація відповідає агрегації тау та утворенню нейрофібрилярного клубка [133].

Було показано, що опосередкований AAV перенесення гена конститутивно активної тау-кінази-p38 зменшує тау-пов’язану деменцію на мишачих моделях доклінічної деменції, навіть якщо присутні пізні когнітивні дефекти [136]. Ця стратегія ще не вийшла на стадію клінічних випробувань для пацієнтів з AD. Однак це може стати можливим, оскільки перенесення вірусного гена BDNF потрапило в клініку.

Це випробування базується на доклінічних дослідженнях, які показують, що доставка BDNF (через трансгенну експресію або інфузії) моделям гризунів усуває синаптичну втрату після початку захворювання, що відповідає покращенню навчання та когнітивних здібностей. BDNF також запобігав загибелі енторінальних нейронів, спричиненій ураженням, у моделі приматів. У літніх мавп BDNF покращив продуктивність у задачах зорово-просторового розрізнення, що відповідає збільшеним середнім розмірам енторінальних нейронів [216]. На основі цих даних у лютому 2021 року розпочато клінічне випробування фази 1.

Це випробування оцінює вплив прямого введення AAV2-BDNF у мозок пацієнтів з AD або пацієнтів із легкими когнітивними порушеннями (MCI) (Скотт ЛаФі, перше в людях клінічне дослідження для оцінки генної терапії хвороби Альцгеймера, Каліфорнійський університет у Сан-Дієго Центр новин 18 лютого 2021 р.).

Висновки

Дитячий проксимальний SMA є генетично гомогенним захворюванням, спричиненим втраченим або мутованим SMN1 і модулованим варіабельними копіями SMN2. Це ідеальна умова для виявлення основних клітинних дефектів і для розробки терапевтичних стратегій, що компенсують брак білка SMN, який є ключем до патофізіології SMA. Великі дослідження цього стану дозволили запровадити лікування олігонуклеотидами та молекулами, які модулюють сплайсинг пре-мРНК.

Крім того, генна терапія на основі AAV вийшла на клінічну стадію для лікування нейродегенеративних захворювань. Оскільки більшість випадків СМА діагностуються на ранньому етапі життя, а терапія зазвичай починається відразу після встановлення діагнозу, імунологічні реакції проти AAV є менш проблематичними порівняно з пацієнтами похилого віку, які піддаються впливу таких вірусів протягом свого життя.

Клінічний досвід із цими програмами міг би допомогти розробити та оптимізувати аналогічні підходи за межами SMA. На даний момент триває розробка терапевтичних стратегій, які, сподіваємося, вплинуть на лікування інших нейродегенеративних розладів, таких як бічний аміотрофічний склероз, хвороба Паркінсона та Альцгеймера, а також м’язових дистрофій.

Скорочення

3,4-DAP: 3,4-діамінопіридин; 4-AP: 4-амінопіридин; AAV: аденоасоційований вірус; AD: хвороба Альцгеймера; ALS: бічний аміотрофічний склероз; ASO: антисмисловий олігонуклеотид; ATXN2: Атаксин 2; АТФ: аденозинтрифосфат; BBB: гематоенцефалічний бар'єр; BDNF: нейротрофічний фактор мозку; МЩКТ: м'язова дистрофія Беккера; bp: пари основ; CED: доставка з посиленням конвекції; CHIP1: кальциневрин-подібний EF-протеїн 1; CHOP INTEND: Тест дитячої лікарні Філадельфії на нервово-м'язові розлади; CMAP: складний м’язовий потенціал; CNTF: циліарний нейротрофічний фактор; СМР: спинномозкова рідина; МДД: м'язова дистрофія Дюшенна; DPR: гомополімерні дипептидні повторювані білки; DSB: дволанцюговий розрив; DSMA: дистальна спінальна м'язова атрофія; E: Ембріональний день; EAP: Програма розширеного доступу; EMA: Європейське агентство з лікарських засобів; FALS: сімейний бічний аміотрофічний склероз; FDA: Управління харчовими продуктами та ліками; ГАМК: гамма-аміномасляна кислота; GAD: глутаматдекарбоксилаза; GDNF: нейротрофічний фактор гліальних клітин; GOF: посилення функції; гРНК: направляюча РНК; HFMSE: розширена функціональна моторна шкала Хаммерсміта; hIGF-1: у комплексі з rhIGFBP-3; HINE-2: неврологічне обстеження немовлят Хаммерсміта-2; IGF1: інсуліноподібний фактор росту 1; iPSC: індукована плюрипотентна стовбурова клітина; ISS: глушник внутрішнього з’єднання; JNK: N-кінцеві кінази C-Jun; kb: основа кіло; LOF: Втрата функції; LTFU: Довгострокове спостереження; MCI: легке когнітивне порушення; MMD: мікроцистоподібна макулярна дегенерація; МРТ: магнітно-резонансна томографія; NCALD: нейрокальцин дельта; NMJ: нервово-м'язове з'єднання; OLE: Open-labelextension; ORF: відкрита рамка зчитування; P: післяпологовий день; PD: хвороба Паркінсона; PLS3: Plastin 3; PMO: фосфородиамідатний морфоліноолігомер; Ran: повторюваний переклад, не пов’язаний з AUG; RBP: РНК-зв'язуючий білок; RULM: оновлений модуль верхньої кінцівки; sALS: спорадичний бічний аміотрофічний склероз; scAAV: самодоповнюючий AAV; SMA: спінальна м'язова атрофія; SMARD1: спінальна м’язова атрофія з респіраторним дистресом типу 1; SMN: руховий нейрон виживання; SNP: поліморфізм одного нуклеотиду; snRNP: мала ядерна рибонуклеарна частинка; SOD1: супероксиддисмутаза 1; STN: субталамическое ядро; TrkB: Тропоміозинспоріднена кіназа.

Подяки

Ми дякуємо д-ру Майклу Брізе за критичне осмислення рукопису.

Внески авторів

SJ та MS задумали та написали огляд. LH вніс свій внесок у задум цього погляду та створив фігури. Для ілюстрацій LH використала медичне мистецтво Серв’є (https://smart.servier.com). Усі автори прочитали та схвалили остаточний рукопис.

Фінансування

Робота в лабораторії авторів підтримується Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), гранти JA 1823/3-1, 2-1 до SJ і SE 697/6-1, 4-2, { {6}} та 7-1 для MS, грантом від Picoquant, BMBF через мережу CalsER та підтримкою Hermann and Lilly Schilling Stiftung im Stifterverband derDeutschen Wissenschaft і Cure SMA (JAB1920) для SJ.

Наявність даних і матеріалів

Не застосовується.

Декларації

Етичне схвалення та згода на участь

Не застосовується.

Згода на публікацію

Не застосовується.

Конкуруючі інтереси

Автори заявляють про відсутність конкуруючих інтересів.

Список літератури

1. Aartsma-Rus, A., Straub, V., Hemmings, R., Haas, M., Schlosser-Weber, G., Stoyanova-Beninska, V., Mercuri, E., Muntoni, F., Sepodes, Б., Врум Е., Балабанов П. (2017). Розробка терапії з пропуском екзонів для м’язової дистрофії Дюшенна: критичний огляд і погляд на невирішені проблеми [Огляд]. Терапія нуклеїновими кислотами, 27 (5), 251–259.https://doi.org/10.1089/nat.2017.0682

2. Ан, А. Х., Кункель, Л. М. (1993). Структурно-функціональне різноманіття дистрофіну. Nature Genetics, 3(4), 283–291.https://doi.org/10.1038/ng0493-283

3. Аль-Зайді, С.А., і Менделл, Дж.Р. (2019). Від клінічних випробувань до клінічної практики: практичні міркування щодо генної замісної терапії при СМА типу 1. Дитяча неврологія, 100, 3–11.https://doi.org/10.1016/j.pediatrneurol.2019.06.007

4. Аламі, Н. Г., Сміт, Р. Б., Карраско, Массачусетс, Вільямс, Луїзіана, Вінборн, К. С., Хан, SSW, Кіскініс, Е., Вінборн, Б., Фрайбаум, Б. Д., Канагараджа, А., Клер, А. Дж., Баддерс , Н. М., Білікан, Б., Чаум, Е., Чандран, С., Шоу, К. Е., Егган, К. К., Маніатіс, Т., і Тейлор, Дж. П. (2014). Аксональний транспорт гранул мРНК TDP-43 порушується мутаціями, що спричиняють БАС [Підтримка досліджень, NIH, Підтримка екстрамуральних досліджень, Уряд не США]. Нейрон, 81(3),536–543.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2013.12.018

5. Альрафа, А., Карика, Е., Колдікотт, І., Іремонгер, К., Льюїс, К.Е., Нін, К., і Аззуз, М. (2018). Пластин 3 сприяє росту аксонів мотонейронів і подовжує виживання в мишачій моделі спінальної м’язової атрофії. Molecular Therapy-Methods & Clinical Development, 9, 81–89.https://doi.org/10.1016/j.omtm.2018.01.007

6. Андерсен П.М., Форсгрен Л., Бінзер М., Нільссон П., Ала-Хурула В., Керанен М.Л., Бергмарк Л., Саарінен А., Халтіа Т., Тарвайнен І. ., Кінунен Е., Удд Б. та Марклунд С.Л. (1996). Аутосомно-рецесивний онсетаміотрофічний бічний склероз дорослих, пов’язаний з гомозиготністю за мутацією Asp90Ala CuZn-супероксиддисмутази. Клінічне та генеалогічне дослідження 36 пацієнтів [Дослідницька підтримка, уряд не США]. Мозок, 119 (Pt 4), 1153–1172.https://doi.org/10.1093/brain/119.4.1153

7. Андерсен П.М., Нільссон П., Ала Хурула В., Керанен М.Л., Тарвайнен І., Халтіа Т., Нільссон Л., Бінзер М., Форсгрен Л. та Марклунд С.Л. (1995). Бічний аміотрофічний склероз, пов'язаний з гомозиготністю для мутації Asp90Ala в CuZn-супероксиддисмутазі. Nature Genetics, 10,61–66.

For more information:1950477648nn@gmail.com