Vývoj terapie pre spinálnu svalovú atrofiu: perspektívy pre svalové dystrofie a neurodegeneratívne poruchy, časť 1

Abstraktné

Východiská: V poslednom desaťročí sa vynaložilo veľké úsilie na vývoj a zlepšenie terapií proximálnej spinalmuskulárnej atrofie (SMA). Zavedenie Nusinersen/Spinraza™ ako antisense oligonukleotidovej terapie, Onasemnogene abeparvovec/Zolgensma™ ako génovej terapie založenej na AAV{0}}a Risdiplam/Evrysdi™ ako modifikátora malých molekúl zostrihu pre-mRNA stanovili nové štandardy pre interferenciu s neurodegeneráciou.

Proximálna spinálna svalová atrofia (SMA) je bežná genetická porucha, ktorá postihuje nervový systém tela a spôsobuje, že svaly tela postupne atrofujú a ochabujú. Ľudia so SMA často čelia mnohým fyzickým a životným výzvam, ale ich pamäť je rovnako dobrá ako u väčšiny ľudí.

Neexistuje žiadny dôkaz, že SMA ovplyvňuje pamäť. Mnoho pacientov s SMA vykazuje zlepšenú pamäťovú výkonnosť, pravdepodobne preto, že museli vo svojom živote čeliť viacerým výzvam. Pacienti s SMA si musia pamätať informácie, ako sú zdravotné záznamy, dávkovanie liekov a kontraindikácie, aby si udržali dobré zdravie a kvalitu života. Musia si tiež zachovať jasnú myseľ, aby sa mohli vysporiadať s výzvami každodenného života, ako je riadenie plánov a riešenie finančných záležitostí.

Aj keď ľudia s SMA môžu potrebovať ďalšiu podporu a pomoc, aby zvládli životné výzvy, ktorým čelia, neznamená to, že budú ohrozené ich kognitívne schopnosti a pamäť. Ich schopnosť myslenia, úroveň inteligencie a schopnosť učiť sa sú rovnaké ako u bežnej populácie a vďaka svojmu úsiliu a primeranej podpore môžu vykonávať rôzne úlohy a činnosti.

V rodinách a komunitách pacientov s SMA by sme sa mali zamerať na podporu a pomoc, ktorú potrebujú, aby sme im pomohli vyrovnať sa s rôznymi výzvami. Zároveň by sme sa na pacientov s SMA mali pozerať pozitívne, chápať ich stav a rešpektovať ich myšlienky a priania. Ľudia s SMA majú rovnako silné mysle a spomienky a tiež ich treba rešpektovať a oceňovať, aby mohli realizovať svoje sny a priania. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche deserticola dokáže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche deserticola dokáže regulovať aj rovnováhu neurotransmiterov, ako je zvýšenie hladín acetylcholínu a rastových faktorov. Tieto látky sú veľmi dôležité pre pamäť a učenie. Okrem toho môže Cistanche deserticola tiež zlepšiť prietok krvi a podporiť dodávku kyslíka, čo môže zabezpečiť, že mozog dostane dostatok živín a energie, čím sa zlepší mozgová vitalita a vytrvalosť.

Kliknite na vedieť doplnky na zlepšenie pamäte

Hlavné telo: Terapie SMA sú navrhnuté tak, aby zasahovali do bunkového základu ochorenia modifikáciou zostrihu pre-mRNA a zvýšením expresie proteínu Survival Motor Neuron (SMN), ktorý je pri tejto poruche exprimovaný len v nízkych hladinách.

Zodpovedajúce stratégie môžu byť tiež aplikované na iné mechanizmy ochorenia spôsobené stratou funkcie alebo toxickým ziskom funkčných mutácií. Vývoj terapií pre SMA bol založený na použití systémov bunkovej kultúry a myších modelov, ako aj na inovatívnych klinických štúdiách, ktoré zahŕňali hodnoty, ktoré boli pôvodne zavedené a optimalizované v predklinických štúdiách.

Toto je zhrnuté v prvej časti tejto recenzie. Druhá časť pojednáva o súčasnom vývoji a perspektívach amyotrofickej laterálnej sklerózy, svalovej dystrofie, Parkinsonovej a Alzheimerovej choroby, ako aj o prekážkach, ktoré je potrebné prekonať pri zavádzaní terapií založených na RNA a génových terapií pre tieto poruchy.

Záver: Terapie založené na RNA ponúkajú šance na rozvoj terapie komplexných neurodegeneratívnych porúch, ako je amyotrofická laterálna skleróza, svalová dystrofia, Parkinsonova a Alzheimerova choroba.

Skúsenosti získané s týmito novými liekmi na SMA a tiež skúsenosti s génovými terapiami AAV by mohli pomôcť rozšíriť spektrum súčasných prístupov k interferencii s patofyziologickými mechanizmami v neurodegenerácii.

Kľúčové slová: Motoneurónové ochorenie, Neurodegeneratívne ochorenie, Svalové ochorenie, Spinálna svalová atrofia, Amyotrofická laterálna skleróza, Svalová dystrofia, Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, Klinické skúšanie, Génová terapia.

Pozadie

Spinálna svalová atrofia (SMA) je najbežnejšou formou letálnej pediatrickej neuromuskulárnej poruchy s autozomálne recesívnou dedičnosťou. Je to spôsobené homozygotnou stratou funkcie (LOF) mutáciami génu SurvivalMotor Neuron 1 (SMN1) [170] na ľudskom chromozóme 5 (5q13.2).

Terapeutické prístupy sa teda doteraz zameriavali na obnovenie expresie SMN. Špecifická architektúra na ľudskom chromozóme 5 s druhým génom SMN (SMN2) je zodpovedná za bunkovú produkciu nízkych hladín proteínu SMN, ktoré nie sú dostatočné na udržanie štruktúry a funkcie motoneurónov. SMN2 sa líši od SMN1 jediným exónom 7 prechodu C na T , čo vedie k zvýšenému preskakovaniu exónu 7 [180,206].

Prístupy na potlačenie alternatívneho zostrihu tohto exónu a génová terapia založená na AAV{0}} na zvýšenie expresie proteínu SMN v motoneurónoch teda viedli k úspechu pri liečbe degenerácie motoneurónov pri tomto ochorení. Obnovenie expresie proteínu je tiež ústredným cieľom terapie rozvoj svalových dystrofií typu Duchenne a Becker [52, 72, 155].

V súčasnosti sa pri týchto poruchách testujú terapie na báze oligonukleotidov, ako aj génové terapie. Skúsenosti s takýmito terapiami rýchlo napredujú a to má tiež vplyv na vývoj terapie pre iné neurodegeneratívne poruchy, ako je amyotrofická laterálna skleróza (ALS).

Oligonukleotidové terapie neponúkajú výlučne možnosť zvýšiť expresiu proteínov, ako je SMN, ale tiež potlačiť expresiu mutantných proteínov s patologickou funkciou pri iných neurodegeneratívnych poruchách.

To ponúka ďalšie technické príležitosti na interferenciu s inými neurodegeneratívnymi mechanizmami. Náš prehľad sumarizuje vývoj antisense oligonukleotidu (ASO) a génovej terapie pre SMA na základe vyhľadávania literatúry cez PubMed.gov a zverejnených údajov z https://clinicaltrials.gov.

Druhá časť sa venuje príležitostiam a výzvam spojeným s ďalším vývojom týchto prístupov na liečbu iných neurodegeneratívnych porúch a svalových dystrofií.

Spinálna svalová atrofia (SMA): chorobné mechanizmy a identifikácia cieľov liečby

Prezentácia ochorenia a klasifikácia spinálnej muskulárnej atrofie (SMA)

Závažná forma proximálnej spinálnej svalovej atrofie, nazývaná aj Werdnig-Hofmannova choroba [122, 123, 316], je najčastejšou monogenetickou letálnou detskou neuromuskulárnou poruchou.

Existuje aj miernejšia forma proximálnej spinálnej svalovej atrofie, ktorá bola pôvodne považovaná za samostatné neurologické ochorenie (160). Po identifikácii základného génového defektu[170] sa však ukázalo, že obe ochorenia sú spôsobené homozygotnou deléciou génu Survival Motor Neuron 1 (SMN1) na ľudskom chromozóme 5q13.2.

Všetky formy 5q-SMA (typ 1–4) majú celosvetovo incidenciu 1/6000–10 000 [77, 229, 231, 305].

SMA nasleduje autozomálne recesívne dedičstvo. Dysfunkcia a strata motoneurónov miechy sú najvýznamnejšími patologickými znakmi, ktoré spôsobujú slabosť a atrofiu, najmä v proximálnych svalových skupinách, a respiračné zlyhanie. V závislosti od nástupu ochorenia a závažnosti sa SMA klasifikuje do štyroch typov od najzávažnejšieho typu 1 po stredný typ 2 a miernejšie typy 3 a 4 (s nástupom v dospelosti) [69, 70, 78, 230].

Táto klasifikácia sa zameriava najmä na dosiahnuté motorické míľniky s nevýhodou častého prekrývania rôznych typov. Bola teda zavedená ďalšia klasifikácia na pokrytie dynamických zmien v klinickom fenotype aj po terapii. Táto nová klasifikácia rozlišuje nesedí (typ 1–2), sediacich (typ 2–3) a chodcov (typ 3–4)[197], zhrnuté v tabuľke 1.

genetika SMA

Dva gény motorických neurónov na prežitie: SMN1 a SMN2

Ľudia nesú dva gény SMN (SMN1 a SMN2) v duplikovanej oblasti na chromozóme 5q. Homozygotná strata alebo mutácie SMN1 spôsobujú SMA, zatiaľ čo strata SMN2 zvyčajne nie je spojená s ochorením. Počas evolúcie došlo k duplikácii génu SMN v štádiu primátov (okrem človeka) [251]. U laboratórnych myší a iných hlodavcov nie je gén Smn duplikovaný[263, 264].

SMN1 a SMN2 sa líšia len v niekoľkých nukleotidoch. Mimoriadne dôležitý je inexón 7 prechodu C na T centromerického SMN2, ktorý spôsobuje alternatívne zostrihnutie exónu 7. Väčšine transkriptov z génu SMN2 chýbajú domény kódované exónom 7-, čo má za následok iba 5–10 % proteínu SMN plnej dĺžky v porovnanie so 100 % proteínom SMN s plnou dĺžkou z transkriptov SMN1 (obr. 1).

Preto SMN2 môže len čiastočne kompenzovať stratu SMN1 [180, 206, 207]. Väčšina pacientov so SMA má 2–3 kópie SMN2. To umožňuje bunkovú produkciu približne 10–30 % proteínu SMN s plnou dĺžkou v porovnaní so zdravými kontrolami s intaktnými kópiami génu SMN1. Počet kópií SMN2 je teda najdôležitejším genetickým modifikátorom závažnosti ochorenia SMA [85, 319].

Väčšina ťažko postihnutých pacientov s SMA nesie homozygotné delécie SMN1, zatiaľ čo väčšina pacientov s SMA typu 2 a 3 vykazuje homozygotnú absenciu SMN1 v dôsledku génovej konverzie SMN1 na SMN2 [37, 318].

Génová konverzia je bežnou príčinou variácií počtu kópií génu SMN2, čím sa počet kópií génu SMN2 zvyšuje z 2 na 3 alebo 4 [40]. Štyri kópie SMN2 zvyčajne generujú dostatočný funkčný proteín SMN pre fenotyp miernejšej choroby [85, 185] u pacientov so SMA typu 3. Asi u 5 % pacientov so SMA sa detegujú bodové mutácie v géne SMN1 väčšinou v exónoch 6 a 7 [320].

Takéto prípady sa nazývajú "zložený heterozygot" - s deléciou/konverziou v jednej alele a bodovou mutáciou v druhej.

Okrem 5q-SMA existujú aj iné formy spinálnych svalových atrofií, ktoré možno klasifikovať do nasledujúcich kategórií na základe fenotypu ochorenia a genetickej dedičnosti: autozomálne recesívne a autozomálne dominantné distálne spinálne svalové atrofie (DSMA); autozomálne dominantné proximálne spinálne svalové atrofie;autozomálne recesívne ne-5q spinálne a bulbárne svalové atrofie; X-viazané recesívne SMA.

Genetické modifikátory v SMA

Analýza diferenciálnej expresie celkovej RNA z lymfoblastoidných buniek odvodených od SMN1-deficientných súrodencov s nezhodným fenotypom ochorenia v rámci celého transkriptómu odhalila významnú súvislosť medzi závažnosťou ochorenia a expresiou plastínu 3 (PLS3) [224].

PLS3 mapuje Xq23 [282]. Gén sa nachádza na X-chromozóme a javí sa ako pohlavne špecifický modifikátor SMA. Plastíny sú evolučne konzervované a fungujú ako modulátory aktínového cytoskeletu.

Tus hrá dôležitú úlohu pri migrácii buniek, adhézii a exo- a endocytóze (321). Medzi ďalšie genetické modifikátory v SMA patrí Neurocalcin delta (NCALD) a EF-handProtein 1 (CHP1) podobný kalcineurínu.

Oba proteíny fungujú ako Ca2+-senzory a Ca2+-viažuce proteíny [124, 143, 246].

Všetky tri SMAprotektívne modifikátory nie sú aktívne pri zostavovaní spliceozomálnych snRNP. Keďže sa podieľajú na modulácii rôznych bunkových procesov vrátane záchrany narušenej endocytózy v bunkách s deficitom Smn a zvieracích modeloch [64, 124, 143, 246], tieto modifikátory SMA sa zmenili na potenciálne terapeutické ciele.

For more information:1950477648nn@gmail.com