Mogelijk geneesmiddelendoelwit voor ALS op basis van motorneuronen die afgeleid zijn van patiënten

Onderzoekers rapporteren een hoge-doorvoerdoelwit en platform voor geneesmiddelenontdekking aan de hand van motorneuronen die zijn aangemaakt met materiaal van ALS-patiënten. Met behulp van het platform bevestigden ze twee gekende doelwitten en identificeerden ze een bestaande klasse van geneesmiddelen – agonisten voor de dopamine D2-receptor – als potentiële nieuwe behandelingen.

Amyotrofische laterale sclerose (ALS) is een ernstige en dodelijke neurodegeneratieve aandoening die leidt tot een afname van het aantal motorneuronen en van de vrijwillige spierbewegingen. Hoewel studies met muizen potentiële behandelingen hebben geïdentificeerd, hebben deze geneesmiddelen het meestal slecht gedaan in onderzoek op mensen. Onderzoekers aan het Boston Children’s Hospital die samenwerken met Pfizer rapporteren nu een hoge-doorvoerdoelwit en platform voor geneesmiddelenontdekking dat gebruik maakt van motorneuronen die zijn afgeleid van ALS-patiënten. Aan de hand van het platform bevestigden ze twee gekende doelwitten en identificeerden ze een bestaande klasse van geneesmiddelen – agonisten voor de dopamine D2-receptor – als potentiële nieuwe behandelingen.

De onderzoekers – onder leiding van Clifford Woolf, MD, PhD, directeur van het F.M. Kirby Neurobiology Center aan het Boston Children's – en hoofdauteurs Xuan Huang, PhD, en Kasper Roet, PhD, die deel uitmaken van het labo van Woolf, beschrijven het platform en hun bevindingen in het nummer van 8 juni van het tijdschrift Cell Reports.
Om de motorneuronen te produceren die worden aangewend voor geneesmiddelenscreening gebruikte het team geïnduceerde pluripotente stamcellen die aan de hand van weefselmonsters van ALS-patiënten die drager zijn van de SOD1(A4V)-mutatie werden aangemaakt door het labo van Kevin Eggan aan de Harvard University. Het labo van Woolf ontwikkelde ook een hoge doorvoer, levende cel beeldvormingstechnologie om de overgevoeligheid van de motorneuronen – de tendens om te veel te ‘vuren’ – te meten voor en na de blootstelling aan kandidaat-geneesmiddelen. Woolf en collega’s toonden eerder al aan dat motorneuronen met ALS-mutaties gevoeliger zijn dan normale motorneuronen.

"Deze overgevoeligheid zorgt ervoor dat de motorneuronen gemakkelijker degenereren en uiteindelijk afsterven", zegt Woolf. "Ons beeldvormingsplatform is in staat om snel de overgevoeligheid van 384-well platen van motorneuronen te evalueren en de respons van de cellen op duizenden verschillende geneesmiddelen te testen."
Deze technologie heet GCaMP-beeldvorming en was nooit eerder op grote schaal gebruikt voor ALS. GCaMP is een fluorescente rapporteur van calciumniveaus in de neuronen, een indicator van hoe frequent de neuronen werkingspotentieel afvuren.

Alles bij elkaar screenden de onderzoekers een bibliotheek van 2.900 geneesmiddelen van Pfizer met een gekende en geannoteerde werking. Na drie screeningsessies vonden ze 67 samenstellingen die de overgevoeligheid van de van patiënten afgeleide motorneuronen reduceerden zonder toxiciteit te veroorzaken.
"Door een screen uit te voeren die het ziektefenotype – namelijk overgevoeligheid – van de ALS-motorneuronen moet omkeren, waren we in staat om nieuwe doelwitten en ziektemechanismen te ontdekken en andere onbevooroordeeld te bevestigen", aldus Woolf.

Verder onderzoek spitste zich toe op 13 potentiële geneesmiddelendoelwitten met de meest aanzienlijke effecten. Zeven daarvan behoorden tot twee klassen (AMPA-receptoren en Kv7-potas-kanalen) waarvan we al wisten dat ze verband hielden met ALS-overgevoeligheid. In recent klinisch onderzoek bleken Kv7 kanaal openende geneesmiddelen de overgevoeligheid van motorneuronen bij ALS te doen afnemen. QurAlis, een onderneming die werd opgericht door Woolf, Eggan en Roet, ontwikkelt deze geneesmiddelen als therapieën voor ALS.

Onderhavige studie vond ook een veelbelovende nieuwe klasse van kandidaat-geneesmiddelen: agonisten voor de dopamine D2-receptor (DRD2). De rol die deze receptoren spelen bij de overgevoeligheid van motorneuronen werd eerder al erkend. Sommige DRD2-agonisten (bromocriptine, sumanirol) zijn in de handel verkrijgbaar, zodat het mogelijk wordt ze te gebruiken voor ALS-patiënten.

"Onze resultaten tonen dat screens voor neuronale gevoeligheid een krachtig platform vormen voor de ontdekking van relevante, in geneesmiddelen omzetbare doelwitten", zegt Woolf. "We zijn ervan overtuigd dat het kan worden toegepast op andere neurologische ziektes waarbij er sprake is van neuronale gevoeligheid, zoals epilepsie, en andere neurodegeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer."

Woolf blijft gebruik maken van menselijke neuronale screeningplatformen om nieuwe doelwitten te identificeren voor de behandeling van pijn en neuropathie.
"Een van de moeilijkste uitdagingen bij geneesmiddelenontdekking is het identificeren van een doelwit dat een sleutelrol vervult in het ziekteproces", besluit hij. "Gebruik maken van van patiënten afgeleide neuronen om een ziektemodel te verwezenlijken en grote groepen samenstellingen te testen waarvan de doelwitten gekend zijn, kan de drijfkracht vormen voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën."

Vertaling: Bart De Becker
Bron: Boston Children's Hospital