Exon-Skipping ist ein vielversprechender Therapieansatz bei der Duchenne-Muskeldystrophie (DMD), einer fortschreitenden Muskelschwunderkrankung, die durch pathogene Varianten im DMD-Gen verursacht wird, welche typischerweise das Leseraster der Translation verschieben. Dieser Ansatz zielt darauf ab, das Spleißen der DMD-Prä-mRNA zu modulieren, um das Transkript neu zu strukturieren und ein intern deletiertes, aber teilweise funktionsfähiges Quasi-Dystrophin-Protein zu erzeugen. Mehr erfahren: Was ist Exon-Skipping?
Inhaltsverzeichnis
Die klinische Wirksamkeit der nach FDA zugelassenen Exon-Skipping-Therapien ist sehr begrenzt.
In der Studie wurden vier für FDA zugelassene Exon-Skipping-Therapien erwähnt und klargestellt, dass deren klinische Wirksamkeit recht begrenzt ist. Um zu untersuchen, wie sich der Zeitpunkt der Behandlung auf die Ergebnisse des Exon-Skippings auswirkt, wurden in dieser wissenschaftlichen Studie dystrophin-defiziente mdx-Mäuse mit Peptid-Phosphorodiamidat-Morpholino-Oligonukleotid (PPMO)-Exon-Skipping-Konjugaten injiziert, beginnend im adulten (12 Wochen) oder gealterten (75 Wochen) Stadium, und Gewebe des Musculus tibialis anterior wurde für biochemische und transkriptomische Analysen gesammelt.
Bei von DMD betroffenen Personen erhöht eine frühzeitige Einleitung von Exon-Skipping-Therapien deren Wirksamkeit.
Die mittlere Anzahl an Dmd-Exon-23-Skipping betrug 79% bei adulten und 44% bei gealterten, mit PPMO behandelten mdx-Mäusen, während die Dystrophin-Protein-Wiederherstellung 35% bzw. 8% betrug. Histopathologische Verbesserungen waren nur bei den behandelten adulten Mäusen nachweisbar. Die PPMO-Behandlung adulter mdx-Mäuse induzierte eine umfassende Verschiebung des Transkriptoms hin zu einer Wildtyp-Signatur, während die Behandlung gealterter Mäuse nur geringfügige Veränderungen der Genexpression bewirkte. Dies deutet darauf hin, dass ein später Eingriff trotz einer geringfügigen Wiederherstellung des Dystrophinspiegels die krankheitsassoziierten Pathologien nicht rückgängig machen kann. Das Ungleichgewicht der Dystrophin-Transkripte wurde nur bei behandelten adulten mdx-Mäusen korrigiert. Eine erhöhte Expression der Dystrophin-reprimierenden microRNA miR-31-5p, die im Muskelgewebe gealterter mdx-Mäuse stärker hochreguliert war, liefert eine mögliche mechanistische Erklärung. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das PPMO-vermittelte Exon-Skipping wesentlich effektiver ist, wenn es in dystrophischem Muskelgewebe von Erwachsenen anstatt von gealterten Muskeln initiiert wird, was eine frühzeitige therapeutische Intervention bei DMD-betroffenen Personen unterstützt. >> Mehr erfahren: Potenzielle Duchenne-Population, die für Exon-Skipping geeignet ist
Die von FDA zugelassenen DMD-Therapien weisen eine begrenzte Wirksamkeit auf und sind sehr teuer.
In den letzten Jahren wurden im Bereich der experimentellen Therapien für Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) erhebliche Fortschritte erzielt. Verschiedene Strategien wurden eingesetzt, um Dystrophin wiederherzustellen. Beispielsweise kann durch Antisense-Oligonukleotide (ASO) vermitteltes Exon-Skipping genutzt werden, um alternatives Spleißen so zu modulieren, dass das Leseraster der Dystrophin-Translation wiederhergestellt wird. Vier solcher Antisense-Oligonukleotid-Medikamente erhielten in den USA die beschleunigte Zulassung FDA zur Behandlung von Jungen mit Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) (Eteplirsen, Viltolarsen, Golodiresen und Casimersen). Obwohl dies ein bedeutender Erfolg für die DMD-Forschung und die Patientengemeinschaft ist, ist die durch diese Substanzen erzielte Dystrophin-Wiederherstellung minimal und ihr klinischer Nutzen umstritten.
Ebenso wurde 2023 die erste Gentherapie für DMD (Elevidys) zugelassen, obwohl der klinische Endpunkt in einer Phase-3-Studie nicht erreicht wurde. Darüber hinaus wurde die Sicherheit von Elevidys (und generell von hochdosierten adeno-assoziierten Virus-basierten Gentherapien) nach mehreren Todesfällen von Patienten infrage gestellt. Mehr entdecken: Warum wurde Elevidys nicht von der Europäischen Arzneimittel-Agentur zugelassen (EMA)?
Worin besteht der Unterschied zwischen PMOs und PPMOs?
Die aktuelle Generation von Exon-Skipping-ASOs besteht ausschließlich aus Phosphorodiamidat-Morpholino-Oligonukleotiden (PMOs). Diese chemische Struktur kommt in der Natur nicht vor und gilt allgemein als sicher. Die Verabreichung von PMOs an Skelettmuskelzellen (und insbesondere an Herzmuskelzellen) ist jedoch stark eingeschränkt, was die Suche nach transportunterstützenden Molekülen motiviert hat, die deren Aktivität steigern können. Wissenschaftler haben die Verwendung von Peptid-konjugierten PMOs (PPMOs) für solche Zwecke eingehend untersucht. PPMOs sind wesentlich wirksamer als unkonjugierte PMOs und weisen im Herzgewebe Exon-Skipping-Aktivität auf. PPMOs werden derzeit von PepGen Ltd und Entrada Therapeutics kommerziell entwickelt. Ebenso entwickeln Avidity Biosciences und Dyne Therapeutics PMO-Antikörper- und PMO-FAb-Fragment-Therapeutika für DMD. Mehr lesen: Exon-Skipping-Therapien der nächsten Generation
Was ist eine MDX-Maus und welche Eigenschaften hat sie?
Die mdx-Maus ist das am häufigsten verwendete Mausmodell für DMD. Sie trägt ein vorzeitiges Stoppcodon im Dmd-Exon 23, dessen Überspringen zu einer X-chromosomalen Muskeldystrophie führt, die einige Aspekte der DMD-Pathologie aufweist. In dieser Studie haben Wissenschaftler zuvor eine Vielzahl von Omics-Analysen an dieser Maus durchgeführt, wobei der Schwerpunkt auf den Auswirkungen von Dystrophin-Wiederherstellungstherapien lag, darunter Genexpressions-/MicroRNA-Microarray, Small-RNA-Seq und hochauflösende Massenspektrometrie-basierte Proteomik.
Wirksamkeit von Dystrophin-Wiederherstellungstherapien
Die Gesamtmenge an Dystrophin wurde wiederhergestellt.
Es gilt als allgemein anerkannt, dass eine möglichst vollständige Wiederherstellung des Dystrophinspiegels von Vorteil ist. Verschiedene Studien deuten darauf hin, dass ein Wert von etwa 10¹¹TP153T des gesunden Dystrophinspiegels eine sinnvolle Schwelle für einen therapeutischen Nutzen darstellt.
Die Qualität des Dystrophins wurde wiederhergestellt.
Sowohl die Exon-Skipping-Spleißkorrektur als auch die Mikrodystrophin-Gentherapien beruhen auf der Erzeugung von intern deletierten Quasi-Dystrophin-Proteinen, die denen ähneln, die bei einigen Patienten mit Becker-Muskeldystrophie gefunden werden und mit einer milden Pathologie einhergehen. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass solche Quasi-Dystrophine den Verlust des vollständigen Dystrophin-Proteins vollständig kompensieren können. Es herrscht weitgehend Einigkeit darüber, dass vollständige Dystrophine wünschenswert sind, was eine Herausforderung darstellt, da die Größe des Dystrophin-ORF (~11 kb) die Verpackungskapazität von AAV-Vektoren (~4,6 kb) übersteigt. Die Wiederherstellung des vollständigen Dystrophin-Gens konnte bei Studienteilnehmern mit einer Exon-Skipping-Therapie zur Behandlung der Duplikation von Exon 2 bei DMD nachgewiesen werden. Darüber hinaus gibt es zahlreiche weitere Ansätze zur Entwicklung von Strategien für die Verabreichung des vollständigen Dystrophin-Gens, entweder mithilfe von Split-Vektor-Ansätzen oder durch die Verwendung von Vektoren mit höherer Verpackungskapazität.
Korrekte Lokalisierung von Dystrophin am Sarkolemm.
Diese Studie hat gezeigt, dass die gleichmäßige Verteilung des Dystrophinproteins entlang des Sarkolemms innerhalb einer Muskelfaser ein wichtiger Faktor für den Therapieerfolg ist. Besonders hervorzuheben ist, dass die Exon-Skipping-Behandlung mit PPMO-Konjugaten ein gleichmäßiges Muster der Dystrophin-Abdeckung im Sarkolemm induzierte (selbst bei niedrigen Dosen), während die CRISPR-Cas9-vermittelte Exon-Deletion zu einem fleckenartigen Verteilungsmuster von Dystrophin führte. Dies ist eine wichtige Beobachtung, da eine unvollständige Dystrophin-Abdeckung im Sarkolemm wahrscheinlich nicht ausreicht, um den Muskelfaserumbau zu verhindern und die Krankheitspathologie zu korrigieren.
Optimaler Zeitpunkt für den Behandlungsbeginn.
Eine frühzeitige Einleitung von Therapien zur Wiederherstellung des Dystrophinspiegels kann von Vorteil sein, um eine pathologische Degeneration der Muskulatur zu verhindern oder zu verzögern. Bei einmaligen Therapien wie der Mikrodystrophin-Gentherapie oder der CRISPR-Cas9-vermittelten Genkorrektur wird die Anzahl der korrigierten Zellkerne jedoch zunehmend reduziert, da infolge von Wachstum und Regeneration nicht korrigierte Myonuklei zu den Muskelfasern hinzukommen.
In dieser Studie untersuchten Wissenschaftler die Wirksamkeit des Exon-Skippings mit Hilfe von PPMO-Antisense-Oligonukleotid-Konjugaten, wenn die Behandlung im Erwachsenen- und im hohen Alter begonnen wurde. Diese Daten stützen die Annahme, dass eine frühzeitige Behandlung bei DMD von Vorteil sein kann.
Exon-Skipping-Therapien können auch als Teil einer Kombinationstherapie eingesetzt werden.
Eine Exon-Skipping-Therapie könnte bei jungen DMD-Jungen eingeleitet werden, um ihre Muskelfunktion bis zu einem Alter aufrechtzuerhalten, in dem eine Behandlung mit einer Gentherapie sicher und angemessen sein kann. Präklinische Daten stützen die Annahme eines synergistischen Effekts der kombinierten PMO-vermittelten Exon-Skipping-Therapie mit entweder AAV-U7-vermittelter Exon-Skipping-Therapie oder AAV-Mikrodystrophin-Gentherapie. Diese Studie trägt zur Diskussion über den optimalen Zeitpunkt für den Beginn einer Exon-Skipping-Therapie bei DMD-Patienten bei. Die hier präsentierten präklinischen Daten stützen die Annahme, dass eine Exon-Skipping-Therapie bereits in jungen Jahren, vor dem Auftreten fortgeschrittener Gewebspathologien, begonnen werden sollte.
