Een nieuwe potentiële ALS-gentherapie zorgt voor een cruciale mijlpaal

Nieuwsanalyse Michelle Pflumm

Zowat 1 van de 5 overgeërfde gevallen van ALS zijn te wijten aan mutaties in SOD1. Op welke wijze deze genetische veranderingen bijdragen aan ALS blijft onduidelijk, maar volgens een groeiend aantal studies resulteren deze mutaties in het misvouwen en de aggregatie van dit metabolisch enzym, wat bijdraagt aan motorneuronentoxiciteit via meervoudige mechanismen (zie Taylor et al., 2016).

Stilte aub. Wetenschappers ontwikkelen gentherapiestrategieën voor SOD1-ALS die de niveaus van muterend SOD1 moeten reduceren in cruciale weefsels die zijn aangetast door de ziekte, waaronder de hersenen en het ruggenmerg. [Afbeelding: Rice-university onder een CC BY 4.0-licentie.]

Een groeiend aantal onderzoekers ontwikkelt potentiële behandelingsstrategieën die de niveaus van muterend SOD1 moeten reduceren in het centrale zenuwstelsel, in de hoop de ziektevoortgang te vertragen of een halt toe te roepen. Eén benadering, waarbij gentherapie betrokken is, onderdrukt de expressie van het SOD1-gen via RNA-mechanismen op basis van stillegging. Volgens een studie uit 2016, geleid door Christian Mueller van de Medische School van de Universiteit van Massachusetts, kan deze strategie de overlevingsduur van volwassen SOD1-muizen die in de fase voor de aanvang zitten met tot 20% verlengen na een intrathecale injectie (Borel et al., 2016).

Momenteel introduceren Martine Barkats en Maria Grazia Biferi van het Instituut voor Myologie in Paris een nieuwe gentherapiebenadering die de overlevingsduur van presymptomatische volwassen SOD1 G93A-muizen met meer dan 50% verlengt. Een onafhankelijke analyse, geleid door Fernando Vieira van het ALS Therapieontwikkelingsinstituut en besteld door Prize4Life, bevestigde de resultaten van het team.

Het team van het Instituut voor Myologie ontving van Prize4Life de Avi Kremer ALS-behandelingsprijs ter waarde van 900.000 euro als erkenning voor het bereiken van deze cruciale mijlpaal. "Dit is de hoogste graad van efficiëntie [die we al hebben waargenomen] bij een SOD1-muis", zegt Nicole Szlezák, voorzitster van de Prize4Life-directieraad in de VS.

Maria Grazia Biferi onthulde de potentiële behandelingsstrategie op 25 april 2017 aan de Geneesmiddelenondernemingswerkgroep van de ALS Associatie, die bijeenkwam tijdens de 69ste Jaarlijkse Meeting van de Amerikaanse Academie voor Neurologie (AAN).

De benadering bouwt voort op de eerdere strategie die werd ontwikkeld door het team van Barkat en maakt gebruikt van een verwant gentherapieafleveringsvehikel voor spinale musculaire atrofie. Een gelijkaardige strategie, die gekend staat als ChariSMA (AVXS-101), bevindt zich momenteel in de eerste fase. Volgens de tussentijdse fase I-resultaten ziet ze er veelbelovend uit (zie nieuws van december 2015).

"Het gaat hier niet langer om een academische oefening", zegt Lucie Bruijn, hoofdwetenschapper van de ALS Associatie. "De huidige klinische tests binnen SMA bevestigen dat deze benadering slagingskansen heeft."

 

Viraal gaan

In 2007 ontdekte het team van Martine Barkats dat het recombinante adenogeassocieerde virus AAV9 door de bloed-hersenbarrière heen zou kunnen dringen, wat de deur opent voor de ontwikkeling van gentherapieën voor motorneuronenziektes. (zie nieuws van december 2008; Duque et al., 2009; Foust et al., 2009).

Elke hond heeft zijn dagje. Onderzoekers aan de Medische School van de Tufts-universiteit evalueren momenteel een potentiële gentherapie voor aan SOD1 gekoppelde ALS bij honden. De benadering wil honden helpen die lijden aan een natuurlijke vorm van een ziekte die gekend is als degeneratieve myelopathie bij honden (DM), een ziekte die zich laat in de levensloop voordoet en in de jaren '70 voor het eerst werd vastgesteld bij Duitse herdershonden. De test is een belangrijke stap bij de ontwikkeling van een behandeling voor ALS omdat honden groter zijn en de ziekte zich op natuurlijke wijze voordoet [Afbeelding: Handicapped Pets. CC BY-SA 2.0-licentie.]

Voortbouwend op deze vorderingen begonnen onderzoeksteams geleid door Brian Kaspar van het Landelijke Kinderziekenhuis in Ohio en Robert Brown van het Medisch Centrum van de Universiteit van Massachusetts potentiële therapieën te ontwikkelen voor SOD1-ALS. Eén van die strategieën wordt ontwikkeld door Robert Brown en Christian Mueller aan de Medische School van de Universiteit van Massachusetts en maakt gebruik van een artificieel micro-RNA om de niveaus van muterend-SOD1-synthese in de hersenen en het ruggenmerg te verlagen. De benadering wordt momenteel geëvalueerd in de preklinische fase bij honden met degeneratieve myelopathie (DM), een natuurlijke vorm van de ziekte. De klinische test wordt geleid door Dominik Faissler van de Medische School van de Tufts-universiteit in Massachusetts. De test werd gelanceerd in december 2016 en is nog steeds aan de gang.

De strategie bouwt gedeeltelijk voort op eerdere studies geleid door Martine Barkats, waarbij werd vastgesteld dat AAV10 efficiënter is dan AAV9 bij het afleveren van genen in motorneuronen in het ruggenmerg in lagere doses, wat cruciaal is bij de ontwikkeling van een behandeling van een ziekte (Tanguy et al., 2015). Volgens studies geleid door Krystof S. Bankiewicz van de Universiteit van Californië in San Francisco en Christian Mueller van het Medisch Centrum van de Universiteit van Massachusetts kan de benadering efficiënt intrathecaal worden toegepast op motorneuronen, tenminste toch bij niet-menselijke primaten.

Ondertussen gebruikten Ben Deverman en Viviana Gradinaru van het Californisch Instituut voor Technologie Crerecombinatiegebaseerde op AAV gerichte evolutie (Cre-recombination-based AAV targeted evolution (CREATE)), om nieuwe gentherapieleveringsvehikels te ontwikkelen die door de bloed-hersenbarrière heen dringen voor de behandeling van aandoeningen van het centrale zenuwstelsel, waaronder ALS. De vectoren, waaronder AAV-PHP.B, kunnen genen afleveren in de motorische schors in de hersenen en het ruggenmerg met een efficiëntie die zowat 40 keer hoger ligt dan AAV9 bij intraveneuze injectie (Deverman et al., 2016).

Voor deze leveringsaanpak is nu een licentie verleend aan Voyager Therapeutics, een opstartproject van Cambridge in Massachusetts, dat tevens een gentherapie ontwikkelt voor SOD1-ALS. Voyager Therapeutics hoopt tegen het einde van 2017 een Aanvraag voor een Geneesmiddel in Onderzoeksfase te kunnen indienen voor haar potentiële nieuwe behandelingsstrategie voor ALS, die gekend is als VY-SOD101.

Een sleutelvraag is of SOD1 nodig is om de niveaus van vrije radicalen te verlagen die zich voordoen in cruciale weefsels die worden aangetast door de ziekte. Om die reden ontwikkelt een groeiend aantal onderzoeksteams 'wis- en vervang'-strategieën die erop gericht zijn het muterende SOD1 te reduceren en tegelijkertijd het 'wild-type'-enzym te produceren om te helpen bij de ontgifting van de cruciale weefsels die zijn aangetast door ALS, waaronder de hersenen, het ruggenmerg en de spieren.

 

Twee vliegen in één klap?

Werken aan een nieuwe benadering. Onderzoekers aan de Medische School van de Universiteit van Massachusetts ontwikkelen een op CRISPR-Cas9 gebaseerde gentherapie voor aan SOD1 gekoppelde ALS, die als doel heeft de muterend-SOD1-synthese permanent te onderdrukken. Tegelijkertijd ontwikkelt Charles Gersbach van de Duke-universiteit een epigenomische, op bewerking gebaseerde strategie, die eveneens werd voorgesteld tijdens de Meeting van de AAN 2017 en die nuttig kan zijn voor een brede waaier van ziektes, waaronder de meest gangbare vormen van ALS en aan C9orf72 gekoppelde ziektes (zie conferentienieuws januari 2017; Thakore et al., 2015). [Met dank aan Ran et al., 2013, Nature Publishing Group.]

Met de komst van de nieuwe genstilleggingstechnologieën begonnen onderzoeksteams anders aan te keken tegen hun gentherapiebenaderingen en begonnen ze die aan te passen in de hoop hun strategieën te optimaliseren om aan SOD1 gekoppelde ziektes te bestrijden. Robert Brown wendde zich tot CRISPR/Cas9-technologieën in de hoop voortgezette muterend-SOD1-synthese te stoppen. Hun aanpak, die ze onthulden tijdens de Meeting van de AAN 2017, maakt gebruik van onprecieze op CAS9 gebaseerde bewerking om indels te introduceren in het SOD1-gen. Volgens de voorafgaande resultaten die werden gepresenteerd door Zachary Taylor van de Medische School van de Universiteit van Massachusetts is het voornaamste obstakel de levering van voldoende Cas9 om het muterende SOD1-gen te wijzigen in de motorneuronen en glia in het centrale zenuwstelsel. Preklinische studies zijn nog steeds lopende.

Wereldwijd ontwikkelen Martine Barkats en Maria Grazia Biferi een strategie die gebruikmaakt van een nieuwe genstillegende, op AAV10 gebaseerde benadering om SOD1-ALS aan te pakken. De strategie wordt momenteel geoptimaliseerd en bevindt zich in het preklinische stadium. De benadering behelst de injectie van de potentiële therapie in het bloed en de hersenen. De reden hiervoor is volgens Biferi dat ze willen bereiken dat de niveaus van het misgevouwen enzym worden gereduceerd in cruciale weefsels buiten het centrale zenuwstelsel, waaronder de skeletspieren.

"Dit is belangrijk", legt Biferi uit, "omdat men ALS zo langzaam aan begint te beschouwen als een multisystemische ziekte".

Momenteel ontwikkelen onderzoekers een gelijkaardige strategie om C9orf72-ALS aan te pakken, de meest gangbare vorm van de ziekte die tot nog toe werd geïdentificeerd.

 

ALS als doelwit

Een detox-programma voor het CZS? Onderzoekers van MeiraGTx in New York ontwikkelen in samenwerking met Ronald Klein en Gregory Petsko een gentherapiestrategie die tot doel heeft de toxiciteit te reduceren van TDP-43 door nonsensegemedieerde mRNA-aftakeling bloot te leggen. [Afbeelding: Emw, Wikimedia Commons.]

Ondertussen is Ronald Klein van de Staatsuniversiteit van Louisiana van plan om mee te werken aan de ontwikkeling van een gentherapie met als doelwit meer dan 95% van de gevallen van de ziekte. De benadering is gebaseerd op eerdere studies geleid door Gregory Petsko in New York, die nu werkzaam is aan het Weill Cornell Medisch College in New York, en Sami Barmada, die nu werkzaam is aan de Universiteit van Michigan. De aanpak wil cytoplasmische TDP43-gemedieerde motorneuronentoxiciteit reduceren door de blootlegging van nonsensegemedieerde mRNA-aftakeling. De op gentherapie gebaseerde strategie verhoogt de niveaus van hUPF1, een cruciale regulator van dit proces (zie nieuws van juni 2015; Ju et al., 2011; Barmada et al., 2015).

Volgens een studie van Kleins team verlengt de benadering de motorische functie – tenminste toch voor 8 weken in een rattenmodel van de ziekte. De studie leidde tot de bevinding dat de potentiële therapie wanneer ze op dag 1 werd toegediend de kracht vrijwaarde in de voorste ledematen van een rattenmodel van ALS (zie nieuws van juni 2015; Jackson et al., 2015).

"Het is echt verbazend dat [de verhoging van] hUPF deze zeer specifieke beschermende werking heeft tegen TDP-43", zegt Klein. "We blijven dat steeds opnieuw vaststellen."

Hoe deze strategie TDP-43-gemedieerde motorneuronentoxiciteit zou kunnen verzachten, blijft onduidelijk. De aanpak is één van minstens twee benaderingen die als doelwit de opbouw van TDP-43 in het cytoplasma van motorneuronen kiezen (zie nieuws van april 2017; Becker et al., 2017).

Voor de strategie is nu een licentie verleend aan het New Yorkse biotechnisch opstartproject MeiraGTx en de strategie bevindt zich in het preklinische stadium. De evaluatie van de benadering bij volwassen rattenmodellen van ALS is lopende.

 

Vertaling: Bart De Becker

Bron: The ALS Research Forum