Desenvolvimento de terapia para atrofia muscular espinhal: perspectivas para distrofias musculares e doenças neurodegenerativas, parte 1

Abstrato

Antecedentes: Grandes esforços foram feitos na última década para desenvolver e melhorar terapias para atrofia espinhal muscular proximal (AME). A introdução de Nusinersen/Spinraza™ como uma terapia de oligonucleotídeo antisense, Onasemnogene abeparvovec/Zolgensma™ como uma terapia genética baseada em AAV9-e Risdiplam/Evrysdi™ como um pequeno modificador molecular de splicing de pré-mRNA estabeleceram novos padrões de interferência com neurodegeneração.

A atrofia muscular espinhal proximal (AME) é um distúrbio genético comum que afeta o sistema nervoso do corpo, fazendo com que os músculos do corpo atrofiem e diminuam gradualmente. As pessoas com AME enfrentam frequentemente muitos desafios físicos e de vida, mas a sua memória é tão boa como a da maioria das pessoas.

Não há evidências de que a SMA afete a memória. Muitos pacientes com AME apresentam melhor desempenho de memória, possivelmente porque tiveram que enfrentar vários desafios em suas vidas. Os pacientes com AME precisam se lembrar de informações como prontuários médicos, dosagens de medicamentos e contraindicações para manter uma boa saúde e qualidade de vida. Eles também precisam manter a mente clara para lidar com os desafios da vida diária, como administrar agendas e cuidar de assuntos financeiros.

Embora as pessoas com AME possam necessitar de apoio e assistência adicionais para lidar com os desafios da vida que enfrentam, isso não significa que as suas capacidades cognitivas e memória ficarão comprometidas. A sua capacidade de raciocínio, nível de inteligência e capacidade de aprendizagem são iguais aos da população em geral, e eles podem completar várias tarefas e atividades através dos seus esforços e apoio adequado.

Nas famílias e comunidades de pacientes com AME, devemos concentrar-nos no apoio e na ajuda de que necessitam para os ajudar a enfrentar vários desafios. Ao mesmo tempo, devemos também encarar os pacientes com AME de forma positiva, compreender a sua condição e respeitar os seus pensamentos e desejos. Pessoas com AME têm mentes e memórias igualmente poderosas e também precisam ser respeitadas e apreciadas para realizarem seus sonhos e desejos. Percebe-se que precisamos melhorar a memória, e a Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória, pois a Cistanche deserticola também pode regular o equilíbrio dos neurotransmissores, como aumentar os níveis de acetilcolina e fatores de crescimento. Essas substâncias são muito importantes para a memória e o aprendizado. Além disso, a Cistanche deserticola também pode melhorar o fluxo sanguíneo e promover o fornecimento de oxigênio, o que pode garantir que o cérebro receba nutrientes e energia suficientes, melhorando assim a vitalidade e a resistência do cérebro.

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Corpo principal: As terapias para SMA são projetadas para interferir na base celular da doença, modificando o splicing do pré-mRNA e aumentando a expressão da proteína do neurônio motor de sobrevivência (SMN), que só é expressa em níveis baixos neste distúrbio.

As estratégias correspondentes também podem ser aplicadas a outros mecanismos de doença causados ​​por mutações de perda de função ou ganho tóxico de função. O desenvolvimento de terapias para AME baseou-se no uso de sistemas de cultura de células e modelos de camundongos, bem como em ensaios clínicos inovadores que incluíram leituras originalmente introduzidas e otimizadas em estudos pré-clínicos.

Isso está resumido na primeira parte desta revisão. A segunda parte discute os desenvolvimentos atuais e as perspectivas sobre a esclerose lateral amiotrófica, a distrofia muscular, a doença de Parkinson e a doença de Alzheimer, bem como os obstáculos que precisam ser superados para introduzir terapias baseadas em RNA e terapias genéticas para esses distúrbios.

Conclusão: As terapias baseadas em RNA oferecem chances para o desenvolvimento terapêutico de distúrbios neurodegenerativos complexos, como esclerose lateral amiotrófica, distrofia muscular, Parkinson e doença de Alzheimer.

As experiências feitas com esses novos medicamentos para AME, e também as experiências em terapias genéticas de AAV, poderiam ajudar a ampliar o espectro das abordagens atuais para interferir nos mecanismos fisiopatológicos da neurodegeneração.

Palavras-chave: Doença dos motoneurônios, Doença neurodegenerativa, Doença muscular, Atrofia muscular espinhal, Esclerose lateral amiotrófica, Distrofia muscular, Doença de Alzheimer, Doença de Parkinson, Ensaio clínico, Terapia genética.

Fundo

A atrofia muscular espinhal (AME) é a forma mais comum de distúrbio neuromuscular pediátrico letal com herança autossômica recessiva. É causada por mutações homozigóticas de perda de função (LOF) do gene SurvivalMotor Neuron 1 (SMN1) [170] no cromossomo humano 5 (5q13.2).

Assim, as abordagens terapêuticas até agora têm-se concentrado na restauração da expressão de SMN. A arquitetura específica no cromossomo 5 humano com um segundo gene SMN (SMN2) é responsável pela produção celular de baixos níveis de proteína SMN que não são suficientes para manter a estrutura e função dos motoneurônios. SMN2 difere de SMN1 por uma única transição C para T no exon 7 , levando a um aumento do salto do exão 7 [180.206].

Assim, abordagens para suprimir o splicing alternativo desse éxon e a terapia genética9-baseada em AAV para expressão aprimorada da proteína SMN em neurônios motores levaram ao sucesso no tratamento da degeneração de neurônios motores nesta doença. A restauração da expressão da proteína também é um objetivo central da terapia. desenvolvimento em distrofias musculares do tipo Duchenne e Becker (52, 72, 155).

Assim, terapias baseadas em oligonucleotídeos, bem como terapias genéticas, são atualmente testadas nesses distúrbios. A experiência com tais terapias está a progredir rapidamente, o que também tem um impacto no desenvolvimento de terapias para outras doenças neurodegenerativas, como a esclerose lateral amiotrófica (ELA).

As terapias oligonucleotídicas não oferecem exclusivamente a oportunidade de aumentar a expressão de proteínas como o SMN, mas também de reprimir a expressão de proteínas mutantes com função patológica em outras doenças neurodegenerativas.

Isto oferece oportunidades técnicas adicionais para interferência com outros mecanismos neurodegenerativos. Nossa revisão resume o desenvolvimento de oligonucleotídeo antisense (ASO) e terapia genética para SMA, com base na pesquisa bibliográfica via PubMed.gov e dados divulgados em https://clinicaltrials.gov.

A segunda parte aborda oportunidades e desafios associados ao desenvolvimento destas abordagens para o tratamento de outras doenças neurodegenerativas e distrofias musculares.

Atrofia muscular espinhal (AME): mecanismos da doença e identificação de alvos para terapia

Apresentação da doença e classificação da atrofia muscular espinhal (AME)

A forma grave de atrofia muscular espinhal proximal, também chamada de doença de Werdnig-Hofmann [122, 123, 316], é o distúrbio neuromuscular pediátrico letal monogenético mais comum.

Também existe uma forma mais branda de atrofia muscular espinhal proximal que originalmente foi considerada uma doença neurológica distinta [160]. No entanto, após a identificação do defeito genético subjacente [170], tornou-se aparente que ambas as doenças são causadas pela deleção homozigótica do gene Survival Motor Neuron 1 (SMN1) no cromossomo humano 5q13.2.

Todas as formas de 5q-SMA (tipo 1–4) têm uma incidência de 1/6000–10.000 em todo o mundo [77, 229, 231, 305].

SMA segue herança autossômica recessiva. A disfunção e a perda de motoneurônios espinhais são as características patológicas mais proeminentes que causam fraqueza e atrofia, principalmente em grupos musculares proximais, e insuficiência respiratória. Dependendo do início e da gravidade da doença, a AME é classificada em quatro tipos, variando do tipo 1 mais grave ao tipo intermediário 2 e mais leve. tipos 3 e 4 (com início na idade adulta) [69, 70, 78, 230].

Esta classificação concentra-se principalmente nos marcos motores alcançados, com a desvantagem da sobreposição frequente entre diferentes tipos. Assim, uma classificação adicional foi introduzida para cobrir também as alterações dinâmicas no fenótipo clínico após a terapia. Esta nova classificação distingue não-assistentes (tipo 1–2), assistentes (tipo 2–3) e caminhantes (tipo 3–4) [197], resumidos na Tabela 1.

Genética da AME

Os dois genes de neurônios motores de sobrevivência: SMN1 e SMN2

Os humanos carregam dois genes SMN (SMN1 e SMN2) em uma região duplicada no cromossomo 5q. Perda homozigótica ou mutações de SMN1 causam SMA, enquanto a perda de SMN2 geralmente não está associada à doença. Durante a evolução, a duplicação do gene SMN ocorreu no estágio de primatas não humanos (251). Em ratos de laboratório e outros roedores, o gene Smn não é duplicado [263, 264].

SMN1 e SMN2 diferem apenas em alguns nucleotídeos. De particular importância é o inexon 7 de transição C para T do SMN2 centromérico, que causa splicing alternativo do exon 7. A maioria dos transcritos do gene SMN2 não possui domínios codificados pelo exon 7-, resultando em apenas 5-10% da proteína SMN completa em comparação com 100% de proteína SMN completa de transcritos SMN1 (Fig. 1).

Portanto, o SMN2 pode compensar apenas parcialmente a perda do SMN1 [180, 206, 207]. A maioria dos pacientes com SMA carrega 2–3 cópias de SMN2. Isto permite a produção celular de aproximadamente 10-30% da proteína SMN completa em comparação com controles saudáveis ​​com cópias intactas do gene SMN1. Assim, o número de cópias do SMN2 é o modificador genético mais importante da gravidade da doença da SMA (85, 319).

A maioria dos pacientes com SMA gravemente afetados apresentam deleções homozigóticas de SMN1, enquanto a maioria dos pacientes com SMA tipo 2 e 3 apresentam uma ausência homozigótica de SMN1 devido a uma conversão genética de SMN1 em SMN2 (37, 318).

A conversão do gene é uma causa comum para variações no número de cópias do gene SMN2, aumentando o número de cópias do gene SMN2 de 2 para 3 ou 4 (40). Quatro cópias de SMN2 geralmente geram proteína SMN funcional suficiente para um fenótipo de doença mais leve [85, 185] em pacientes com AME tipo 3. Em cerca de 5% dos pacientes com AME, mutações pontuais são detectadas no gene SMN1 principalmente nos exons 6 e 7 [320].

Tais casos são denominados "heterozigotos compostos" - com uma deleção/conversão em um alelo e uma mutação pontual no outro.

Além do 5q-SMA, existem outras formas de atrofias musculares espinhais que podem ser classificadas nas seguintes categorias com base no fenótipo da doença e na herança genética: atrofias musculares espinhais distais autossômicas recessivas e autossômicas dominantes (DSMAs); atrofias musculares espinhais proximais autossômicas dominantes; atrofias musculares espinhais e bulbares autossômicas recessivas não-5q; SMAs recessivos ligados ao X.

Modificadores genéticos em SMA

Uma análise de expressão diferencial em todo o transcriptoma do RNA total de células linfoblastóides, derivadas de irmãos deficientes em SMN 1- com fenótipo de doença discordante, revelou uma associação significativa entre a gravidade da doença e a expressão de Plastin 3 (PLS3) (224).

PLS3 mapeia para Xq23 [282]. O gene está localizado no cromossomo X e aparece como um modificador específico do sexo da SMA. As plastinas são conservadas evolutivamente e funcionam como moduladores do citoesqueleto de actina.

Tus desempenha um papel importante na migração celular, adesão e exo e endocitose [321]. Modificadores genéticos adicionais na SMA incluem Neurocalcina delta (NCALD) e EF-handProtein 1 semelhante à calcineurina (CHP1).

Ambas as proteínas atuam como sensores de Ca2+-e proteínas de ligação2+-de Ca [124, 143, 246].

Todos os três modificadores protetores de SMA não são ativos na montagem de snRNPs spliceossomais. Uma vez que estão envolvidos na modulação de vários processos celulares, incluindo o resgate de endocitose prejudicada em células deficientes em Smn e modelos animais (64, 124, 143, 246), esses modificadores de SMA transformaram-se em potenciais alvos terapêuticos.

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