HC23. Therapieën in de maak

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college worden mogelijke therapieën voor dystrofine deficiëntie besproken
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Vrijwel alle besproken therapieën zijn recente ontwikkelingen
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Voor het tentamen is vooral de leesraam van de genetische code belangrijk
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Dystrofine

Dystrofine is een schokbreker tijdens de spiercontractie: het verbindt het cytoskelet aan de extracellulaire matrix. Zonder dystrofine zijn de spieren kwetsbaar voor schade en ontstekingen → er is minder bloedtoevoer naar de spieren en te veel calcium. Dit resulteert in verlies van spierfunctie:

• Mensen met de ziekte van Duchenne missen één of meerdere exonen → het leesraam van het eiwit dystrofine is verstoord → de translatie wordt vroegtijdig afgebroken → er ontstaat een niet functioneel dystrofine eiwit
• Mensen met de ziekte van Becker missen ook exonen, maar het leesframe is intact → de translatie kan doorgaan → dystrofine is gedeeltelijk functioneel (is intern korter)

Dystrofine verbindt actine aan het bindweefsel. Zonder dystrofine lopen spiervezels continu schade op tijdens de spiercontractie. Hierdoor is er chronische spierschade: er zijn ontstekingen → leidt tot fibrose. Dit remt het spierherstel. Daarnaast gaat er minder bloed naar de spieren. Bij spiercontractie wordt bloed uit de spier geperst, terwijl er juist meer bloed nodig is. Omdat er geen dystrofine is verwijden de bloedvaten niet. Ook zijn er te veel calciumionen in de spieren → de mitochondria raken beschadigd.

Fouten ontstaan doordat er geen dystrofine eiwitten gemaakt kunnen worden. Tijdens de splicing worden intronen verwijderd en exonen vertaald naar dystrofine. Bij Duchenne missen exon 48, 49 en 50 en passen 47 en 51 niet op elkaar → het leesraam verschuift en de code wordt onleesbaar. Bij Becker mist er nog een exon (51), terwijl 47 wel op 52 past. Hierdoor ontstaat er een eiwit dat in het midden een deel mist, maar doordat de uiteinden wel goed zijn is het eiwit deels functioneel.

De therapie voor Duchenne richt zich op het verbeteren van de spierkwaliteit of spiermassa. Andere therapieën focussen zich op het aanpakken van het gendefect door:

• Exon skipping
• Stopcodon readthrough
• Gentherapie
• Genoom editing

Gentherapie

Bij gentherapie wordt een functioneel gen toegevoegd aan de spiercellen van de patiënt. Hiervan kan dystrofine gemaakt worden. Echter moeten deze genen in de celkernen van spiervezels terecht kunnen komen. Daarom is een microdystrofine ontwikkeld waarbij alleen de cruciale delen zijn behouden → het is klein genoeg om in het adeno-associated virus (AAV) te passen:

• Komt voor in een groot deel van de bevolking
• Infecteert de spier niet
• Heeft de voorkeur voor een spier en is niet pathogeen in de mens
• Doordat het zo klein (20 nm) is kan het doordringen tot in de cel
  • Om dystrofine hierin te passen worden alleen de cruciale delen gehandhaafd → microdystrofine
    • De capaciteit van AAV is 4.500 baseparen en die van het dystrofine gen is 2.200.000 baseparen

Nadelen van gentherapie zijn:

• Productie
• Immuniteit tegen AAV
• Functionaliteit van micro-dystrofine
• Het is onbekend hoe lang micro-dystrofine tot expressie komt
• Veiligheid: lange en korte termijn

Exon skipping

Bij exon skipping wordt een extra exon verwijderd → het leesraam wordt weer leesbaar. Het splicing proces wordt dus beïnvloed. Er wordt een stukje AON op het exon bevestigd dat ervoor zorgt dat het exon niet afgelezen wordt. Om het in de spieren te krijgen wordt het via het bloed ingespoten. Dit verbeterde RNA kan zorgen voor functioneel dystrofine in gekweekte cellen.

Exon skipping heeft voor- en nadelen:

• Voordelen
  • Het toedienen van AON is makkelijker dan genen/cellen
  • Resultaten van klinische studies zijn bemoedigend
• Nadelen
  • Het is een mutatie-specifieke aanpak
    • De medicijnen richten zich slechts op één soort mutatie → er moeten meerdere AON’s ontwikkeld worden om andere Duchenne patiënten te behandelen
  • Continue behandeling is nodig

Huidige stand van zaken:

• Exon 51 en 53 skippen is goedgekeurd in de VS, niet in Europa
• Exon 45, 51 en 53 skip trials zijn gaande in Europa, de VS en Japan
• Er is preklinish werk aan nieuwe chemische modificaties
• Hordes:
  • Mutatie specifieke aanpak
  • Herhaalde toediening is noodzakelijk

Genoom editing

Bij genoom modificatie knippen DNA-scharen (CRISPR/Cas9) op een specifieke locatie om kleine mutaties te herstellen. Twee “scharen” knippen exon 51 eruit via non-homologous end joining:

• Herstel zonder template
• In alle cellen → efficiënt
• Introduceert kleine foutjes

Een stukje van het gen wordt dus weggeknipt en de delen worden daarna weer aan elkaar geplakt: het gemuteerde exon wordt hierdoor verwijderd, maar de genetische code is hersteld. Er moet een gen ingespoten worden dat codeert voor de knippers. Er wordt dus een combinatie gemaakt tussen cel en gentherapie.

Nadelen van genoom modificatie zijn:

• Toediening
  • Er is een virus nodig om CRISPR/Cas9 enzyme en guide RNA’s toe te dienen aan spieren
  • Tweestapsproces → minder efficiënt dan gentherapie
• Veiligheid
  • Hoe veilig/specifiek is dit?
• Tijd van ingrijpen
  • Gentherapie brengt geen spierweefsel terug dat verloren gegaan is
  • Dit is geen “cure”

Stop codon readthrough

Door een mutatie kan er een andere codon volgorde ontstaan waardoor dit codeert voor een stopcodon. Dit kan opgelost worden door PTC:

• Onderdrukt het stopcodon → het eiwit wordt verder afgelezen → er ontstaat een functioneel eiwit
• Veilig om toe te dienen
• Oraal medicijn
• Zorgt voor een toename in dystrofine expressie
• Zorgt voor stabiliteit bij de looptest
• Werkt het beste bij een gemiddelde dosis (u-curve)
  • Bij een te lage of te hoge dosis werkt het niet optimaal

Stand van zaken:

• Eerste goedgekeurde medicijn voor Duchenne
• Goedgekeurd in Europa
• Werkt alleen voor stopmutaties
• Nog niet beschikbaar in Nederland
• Duur
• Alle toepasbaar voor een kleine groep patiënten