Een antisense Oligonucleotide remt de aanmaak van een toxisch eiwit in patiënten met een FUS-mutatie

Een patiënt-gecentreerde studie bracht aan het licht dat een antisense oligonucleotide de aanmaak van een foutief eiwit bleek te verminderen in een ALS-patiënte met een afwijking in het FUS-gen. Hoewel de patiënte aan de ziekte bezweek, bleek uit een post-mortem analyse dat het FUS (Fused in Sarcoma) eiwit zich niet had opgehoopt (aggregatie) in haar hersenen of ruggenmerg. De resultaten van de studie hebben de weg vrijgemaakt voor een aanvullende klinische studie met meerdere ALS-patiënten.

In een poging om de progressie van amyotrofische laterale sclerose (ALS), veroorzaakt door een mutatie in het FUS-gen, te vertragen, heeft een team van clinici van het Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons injecties toegediend met een antisense oligonucleotide (ASO) aan een 24-jarige vrouw met een zeldzame vorm van juveniele ALS, veroorzaakt door het vermeende FUS-gen.

Hoewel de ASO het leven van deze vrouw niet heeft gered – ze was al zes maanden ver toen zich de eerste symptomen manifesteerden van de ziekte die haar in mei 2020 het leven zou kosten – geloofde patiënte Jaci Hermstad dat haar deelname aan de behandeling anderen zou helpen. Ze doneerde dan ook haar hersenen aan de wetenschappers die hielpen bij het ontwerpen van de ASO, die het merendeel van de injecties toedienden en haar gedurende het ganse proces hebben opgevolgd.
ALS wordt gekenmerkt door degeneratie van de motorneuronen en geassocieerd met geaggregeerde nucleaire RNA-bindende eiwitten (RBPs of voluit retinol bindende proteïnen). Wanneer FUS gemislokaliseerd wordt naar het cytoplasma als gevolg van ALS-mutaties, veroorzaakt het aggregatie-gevoelige FUS een onevenwicht in de RBP-homeostase, waardoor de neurodegeneratie verergert.

In hun post-mortem analyse van de hersenen van Jaci Hermstad, stelde het onderzoeksteam vast dat het FUS-eiwit niet had geaggregeerd in haar hersenen of ruggenmerg.
Hermstad was helaas al te ver gevorderd in haar ziekte om baat te hebben bij de behandeling, beweren de onderzoekers. Hun bevindingen suggereren dat als de behandeling eerder was gestart - en de pathologie had kunnen worden weggenomen - dit mogelijk het verloop van de ziekte had kunnen vertragen.

De onderzoekers zijn voorzichtig optimistisch, maar erkennen tegelijk de vragen en uitdagingen die voor hen liggen, evenals de behoefte aan meer onderzoek.
“Deze pathologie was bijna verdwenen,” zei Neil Shneider, MD, PhD, hoofdauteur van de studie, Claire Tow universitair hoofddocent motorneuronziekten en directeur van het Eleanor en Lou Gehrig ALS-centrum van Columbia University. Het artikel werd op 24 januari online gepubliceerd in Nature Medicine. 

FUS-ALS is zeldzaam. FUS-mutaties zijn verantwoordelijk voor ongeveer de helft van alle pediatrische en juveniele vormen van ALS. Toch lijdt slechts een kleine minderheid van alle ALS-patiënten aan deze variant. Bij familiaire ALS, die voorkomt bij ongeveer 15 procent van de ALS-patiënten, is FUS verantwoordelijk voor zo’n 4 tot 5 procent van de gevallen; in Azië ligt dat cijfer iets hoger.

Jaci Hermstad had zich opgegeven voor deelname aan het ALS Families Project, een presymptomatisch onderzoek naar dragers van een ALS-genmutatie geleid door het ALS-centrum van Columbia en gesponsord door Project ALS. De de novo genmutatie was eerder geïdentificeerd bij Jaci’s tweelingzus, Alex, die ALS had ontwikkeld op 12-jarige leeftijd en overleed in 2011 toen ze 17 was.

Het gebruik van ASO bij een menselijke patiënt was echter een riskante onderneming, omdat het nog nooit eerder bij mensen was toegediend, of zelfs nog maar bij een groot proefdiermodel.
The researchers had identified neurologic signs during Hermstad's baseline exam in the longitudinal family project, and it was only a matter of months before symptoms began.

Tijdens Jaci’s baseline onderzoek in het longitudinale ALS Families Project hadden de onderzoekers neurologische indicaties vastgesteld, en het was slechts een kwestie van maanden voordat de symptomen zich begonnen te manifesteren. 
De onderzoekers waren tegen die tijd begonnen met onderzoeken bij FUS-mutant muizen en haden vastgesteld dat de ASO zowel het wildtype als het mutanttype FUS verlaagde, het toxische RNA-product elimineerde en bescherming bood tegen schade aan motorneuronen. Dit bewees volgens Dr. Shneider de these dat deze aanpak therapeutisch potentieel heeft bij ALS-FUS patiënten, om het ontstaan van de ziekte te vertragen/voorkomen bij presymptomatische genendragers en mogelijk ook wegen opent om de progressie van de ziekte bij symptomatische personen te vertragen.

Het team heeft bij de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) een aanvraag voor een nieuw onderzoeksgeneesmiddel ingediend en goedkeuring verkregen. In recordtijd, amper een maand na indiening, keurde de FDA de aanvraag goed.
De patiënte, die al gebruik maakte van een rolstoel voor mobiliteit, keerde in juni 2019 terug naar New York, kort nadat de FDA het experiment had goedgekeurd om de ASO toe te dienen in het kader van een Compassionate Use-behandelingsprotocol. Tegen die tijd was haar ALS Functional Rating Scale (ALS-FRS-R) score al met 31 punten gedaald, van 48 naar 17. Ze kreeg oplopende doses toegediend over een periode van 11 maanden en leek de behandeling goed te verdragen.

Aan het eind van het onderzoek oordeelde het team wetenschappers dat er sprake was van een afvlakking van de klinische curve, maar dat de lichaamsfuncties van de patiënte al zo sterk achteruitgegaan waren dat er nog moeilijk sprake kon zijn van een betekenisvol klinisch voordeel voor de betrokkene.
Bij wijze van controle gebruikten de onderzoekers van Columbia University hersen- en ruggenmergweefsel van een 12-jarige jongen met FUS-ALS die jaren eerder was gestorven, zonder het voorrecht van een ziektegerichte behandeling te hebben genoten. Zijn hersenen waren volledig overwoekerd door deze toxische geaggregeerde eiwitten.

“Het feit dat we in staat waren om FUS-niveaus in de menselijke hersenen zo efficiënt en veilig te verlagen, en dat dit de last van FUS-pathologie in Jaci's centrale zenuwstelsel (CZS) verminderde, sterkt ons in onze beslistheid tot verdere exploratie van dit potentiële antisense therapeuticum in ALS-FUS,” verklaarde Dr. Shneider. Hij voegde eraan toe dat de onderzoekers de ASO jacifusen hebben genoemd als eerbetoon aan Jaci Hermstad.

“In dit wetenschappelijk document doen we geen uitspraken over de klinische werkzaamheid van deze aanpak en we zijn heel terughoudend om te verklaren dat de lopende klinische studie zal bepalen of FUS silencing door jacifusen werkt of niet. Dat is de volgende stap.”
“Deze ASO is zeer doeltreffend in het volbrengen van datgene waarvoor het bedoeld is,” beklemtoonde Dr. Shneider. “Het verlaagt FUS-niveaus.”

“Het was een prachtig laatste geschenk,” zei hij over Jaci's beslissing om de eerste patiënt te zijn die de experimentele behandeling kreeg. Na de dood van haar zus wijdde de jonge vrouw, die net als haar zus van paarden en paardrijden hield, zich aan het onder de aandacht brengen van vormen van juveniele ALS. “Ze zag ALS en deze ASO als haar nalatenschap om een verschil te maken in de wereld.”

Uitbreiding van het onderzoek

De onderzoekers gebruikten de resultaten van de eenmalige proefbehandeling als aanzet voor het opstarten van een klinische studie met meerdere patiënten. De FDA verleende het team uitgebreide toegang, waardoor zij de ASO konden inzetten in een klinische studie van maximaal 12 ALS-patiënten met FUS-mutaties. “De patiënten worden al meer dan een jaar behandeld zonder gerelateerde bijwerkingen”, aldus Dr. Shneider.

IONIS, het biotech bedrijf dat eerder de tools had geleverd die Dr. Shneiders team heeft gebruikt om de ASO te ontwikkelen, stemde in met de lancering van een klinische studie en is begonnen met het werven van FUS-ALS patiënten op zes locaties in het land. Er is zelfs intussen gestart met werving voor nog meer locaties in Londen, België en Nederland. En mogelijk komt daar ook nog Italië, Duitsland, Japan, en Korea bij.

De ASO, die ook ION363 wordt genoemd, bindt selectief aan boodschapper-RNA (messenger ribonucleïnezuur of kortweg m-RNA) met instructies voor de aanmaak van het FUS-eiwit. De ASO richt zich op het FUS-mRNA voor vernietiging, wat leidt tot een verlaging van de FUS-eiwitniveaus. Voor het eerste deel van het onderzoek worden patiënten gerekruteerd voor een intrathecale injectie met ofwel ION363 ofwel een placebo, eenmaal per maand gedurende vier weken en vervolgens eenmaal om de acht weken gedurende een periode van 29 weken. Het tweede deel van de studie wordt een open-label onderzoek waarbij alle patiënten toegang zullen hebben tot het geneesmiddel eenmaal om de vier of acht weken en dit gedurende 73 weken.

Het primaire eindpunt behelst de vertraging van de functionele achteruitgang (gemeten door de ALS-FRS-R totaalscore) en de tijd die patiënten leven zonder een beademingsapparaat nodig te hebben. Secundaire resultaten zijn veranderingen in long- en spierfunctie, kwaliteit van leven, levensverwachting en veranderingen in ziekte-gerelateerde biomarkers in de cerebrospinale vloeistof. Dr. Shneider is de hoofdonderzoeker van de studie.

Reactie van deskundigen 

“De resultaten zijn bemoedigend,” aldus Jeffrey D. Rothstein, MD, PhD, directeur van het Brain Science Institute en docent neurologie en neurowetenschappen aan de Johns Hopkins University School of Medicine, tevens directeur van het Robert Packard Center voor ALS-onderzoek. “Zowel FUS als pathologie worden in het zenuwstelsel verlaagd. Hieruit kunnen we concluderen dat het geneesmiddel effectief op zijn doel inwerkt. Het verminderen van de belasting van het aggregaat is een goede zaak: dat toont dat het geneesmiddel iets belangrijks bewerkstelligt.”
De vraag bij al deze gentherapieën is hoe vroeg je met de behandeling moet beginnen. “We weten niet of het wegnemen van het onderliggende pathogene mechanisme een verschil zal maken in de late fase van deze ziekte,” verklaarde Dr. Rothstein, die als onderzoeker betrokken is bij één van de door IONIS gesponsorde sites voor ION363. Na tientallen jaren ALS te hebben bestudeerd en patiënten te hebben verzorgd, is Dr. Rothstein bijzonder opgetogen dat er eindelijk een mogelijke behandelingspiste in het verschiet lijkt te liggen. “Er zijn meer dan een dozijn onderzoeken tegelijk aan de gang voor ALS-patiënten. Dit zijn geweldige nieuwe opportuniteiten waarmee echt een verschil kan worden gemaakt,” zei hij.

“Dit is echt een verbazingwekkend artikel,” beklemtoonde Merit E. Cudkowicz, MD, hoofd van de afdeling neurologie van het Mass General Hospital en Julieanne Dorn professor neurologie aan de Harvard Medical School. “Dr. Korobeynikov, [de eerste auteur van de studie], en zijn collega's ontwikkelden een FUS MND-muismodel dat de kenmerken van de menselijke ziekte recapituleert. Zij hebben aangetoond dat de ziekte cel-autonoom is en waarschijnlijk te wijten zou zijn aan een toxische verhoogde functie van de FUS-mutatie. ION363 - een behandeling met een antisense oligonucleotide dat het FUS-eiwitniveau verlaagt – resulteert in biologische effecten zowel voor het gemuteerde FUS-muismodel als in een klinisch onderzoek met uitgebreide toegang voor één patiënt.”

“Dit verslag levert in vele opzichten een belangrijke bijdrage aan het wetenschappelijk onderzoek,” benadrukte Dr. Cudkowicz. “Het gebruikt een voor de ziekte relevant proefdiermodel met het oog op een beter begrip van de biologische effecten en zorgt voor een verdere screening van therapeutische behandelingen, daarnaast werd een eerste ASO voor FUS ALS ontwikkeld dat nu kan worden ingezet in een grotere klinische studie, en het laat zien hoe belangrijk uitgebreide toegang is voor mensen met een ernstige ziekte en welke kennis kan worden vergaard in een klinische trial met één persoon. Wat zowel in de laboratoriumonderzoeken als in het uitgebreide toegangsprogramma met één proefpersoon aan het licht is gekomen, vormt een belangrijke leidraad voor de dosering en opzet van het lopende klinische onderzoek voor mensen met FUS ALS.”

Vertaling: Petra Ghysens
Bron: Neurology Today